纳米与表面活性剂纳与表面活性剂.doc

纳米材料在表面活性剂方面的应用 摘要： 纳米技术已发展成为一门多学科交叉与渗透的新兴学科。表面活性剂在纳米技术中的应用, 特别是在纳米材料制备中的应用, 日益显示出广泛而深入的应用潜力。以表面活性剂形成的各种有序聚集体为模板的模板法、用表面活性剂稳定形成的微乳液为介质的微乳法、水热法、溶胶- 凝胶法等[1-3]。 关键词：纳米材料 表面活性剂 机理 分散 引言 表面活性剂是由性质不同的疏水和亲水部分构成的两亲性分子，由于其两亲分子结构在溶液中产生疏水效应，使表面活性剂分子在一定条件下，可以有序的排列形成各种结构的表面活性剂分子有序组合体。纳米材料因具有较大的表面能、较难稳定存在、易发生自发的团聚现象而失去其独特的性能。 在合成过程中, 纳米粒子的表面形貌和大小均受其所处环境的影响。表面活性剂作为稳定剂稳定纳米材料的机理主要是: 静电稳定机制和空间位阻机制。表面活性剂的这些特性为纳米粒子的合成提供了另外一些合成路径[4]。一方面, 利用表面活性剂的特性( 如形成胶束、反胶束、微乳液等)为纳米粒子的合成提供了模板法、微乳法、水热法、机械球磨法等方法, 能较好地控制纳米粒子的尺寸; 另一方面, 能较好地降低所合成纳米粒子自发团聚现象, 增加纳米粒子的稳定性本文阐述纳米材料与结构了表面活性剂对纳米材料的分散机理, 并综述了表面活性剂在不同方法制备纳米材料的研究进展[5-6]。 1. 表面活性剂的分散机理 1.1 　静电稳定机理 在粉体悬浮液中加入分散剂,可降低固、液之间的界面张力,有效润湿颗粒. 以水性分散介质为例,分散剂亲油性基团吸附于固体粒子表面,亲水基团为水介质溶剂化,并扩展到水相介质中,由此围绕粒子形成一个带电荷的保护屏障,双层包围粒子, 粒子之间产生静电斥力,使分散体稳定[7]。 1.2　空间位阻稳定机理 空间位阻稳定机制通过加入高分子聚合物(分散剂) ,使其一端的官能团与胶体发生吸附,另一端溶剂化链则伸向介质中,形成阻挡层,阻挡胶粒之间的碰撞、聚集和沉降。 1.3　静电位阻稳定机理 静电位阻稳定机制也叫电空间稳定,其静电部分来源于粒子表面的静电荷或(和) 与定位聚合物联系的电荷,所用高聚物叫聚电解质. 因为既有双电层稳定机制,又有空间位阻稳定机制,此种稳定效果会更好[8]。 这种联合机制的势能曲线没有第一极小值,双电层在较长距离上提供一较高的位垒,而在小范围内位阻稳定阻止粒子相互接触.。 2.在制备纳米材料研究中的应用 随着对表面活性剂研究的深入, 表面活性剂在纳米材料合成中的应用越来越广泛, 根据作用机理的不同, 有模板法、微乳法、水热法、溶胶凝胶法等, 下面介绍表面活性剂在几种纳米材料制备方法中的应用. 2.1模板法制备纳米材料 随表面活性剂浓度的不同, 胶束有不同的形态。以表面活性剂分子与纳米材料间的静电吸引 力、氢键、范德华力等为驱动力, 利用这些特殊的胶束结构, 对游离的纳米材料的前驱物有效引导,合成出以胶束为模板的纳米材料。姚兴雄等人[ 5] 用十六烷基三甲基溴化铵( CT AB) 形成的胶束为模板制备了聚苯胺纳米纤维。实验发现, 不同浓度的CT AB 对所合成的纤维有影响。在高浓度的溶液中所合成的纤维长度超过了20 m , 直径为100 nm左右。相比之下, 低浓度表面活性剂溶液中合成的纤维短而细, 直径在60 nm 左右。主要是因为不同浓度时,表面活性剂的自组装结构不同, 高浓度时, 胶束为层状; 低浓度时, 胶束为圆柱状, 这种空间维度上的差异是导致纤维不同形貌的原因[9-11]。有机锆醇盐为锆源, 以十二烷基磺酸钠( SDS) 为模板, 制备出具有蠕虫状介孔结构的四方相氧化锆纳米晶。SDS 是一种较短链长的阴离子表面活性剂, 在有机溶剂中形成反相胶束, 这种反相胶束能够增溶极性分子, 由于种极性内核的限制, 在此模板中制备出了氧化锆纳米晶[12]。影响模板法制备纳米材料的因素很多, 比如说溶剂的类型、增溶溶剂的量等都对纳米材料的形貌有影响。另外K. C. SONG 等人[ 9] 以表面活性剂的层状结构为模板, 制备出了层状的T iO2。 2.2 微乳法制备纳米材料 乳状液是指一种液体以及小的液滴形式分散在另一种与其不相混溶的液体中形成的多相分散体系。由于两相的界面面积增大、界面自由能增加,常需要加入乳化剂得到稳定的乳液。根据分散相或连续相性质不同分类, 常见的乳状液有两种类型,即W/ O 和O/W 型. 微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂,油和水或电解质水溶液组成的透明、各向同性的热力学稳定体系. 它是利用金属盐和一定的沉淀剂形成微乳状液,在较小的微区内控制胶粒成核和生长, 热处理得到纳米粒子[13].而且此法制备的粉体单分散性好,团