【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 等。另外，可以利用表面活性劑的親水或親油基吸附在納米粒子表面 ,其所具有的烴，基長(zhǎng)鏈形成一定的位阻 ,能夠阻止納米 粒子的團(tuán)聚 ,在納米材料制備中又起穩(wěn)定劑和分散劑作用。如在蒽、α Fe2O MnFe2O4 等納米粒子的制備中 ,所用的表面活性劑均起到上述作用 [14]。 改善納米微粒表面性能 由于納米材料表面效應(yīng)作用，納米粉體表面有很多電荷或官能團(tuán)，其表面能很高，這些特點(diǎn)決定了納米粉體表面能傾向于變小而出現(xiàn)團(tuán)聚的特點(diǎn)。表面活性劑親水基團(tuán)對(duì)固體的吸附性和化學(xué)反應(yīng)活性及其降低表面張力的特性可以控制納米微粒的親水性或是親油性，表面活性，同時(shí)對(duì)納米微粒表面進(jìn)行改性：一是親水基團(tuán)與表面活性劑結(jié)合生成新結(jié)構(gòu)，賦予納米微 粒表面新的活性；二是降低納米微粒表面能，是納米微粒處于穩(wěn)定狀態(tài)；三是表面活性劑的長(zhǎng)尾端在微粒表面形成空間位阻，防止納米微粒的再團(tuán)聚，由此改善納米粉體在不同介質(zhì)中的分散性，納米粒子表面反應(yīng)性，納米粒子表面結(jié)構(gòu)等。 針對(duì)改性問(wèn)題，要合成分散性良好、性能穩(wěn)定的納米材料就必須使新生顆粒表面迅速被介質(zhì)潤(rùn)濕 ,即使其被分散的介質(zhì)所隔離。納米材料合成過(guò)程中加入表面活性劑 ,不僅可在初期作為模板劑 ,而且能在剛形成的納米晶種表面快速吸附 ,從而有效防止材料的團(tuán)聚。通常表面活性劑濃度在 CMC以下時(shí)發(fā)生單層吸附而使納米材料表面疏水，甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 在 CMC以上時(shí)發(fā)生雙層吸附而使納米材料表面親水，研究發(fā)現(xiàn)這兩種吸附都能起到防止團(tuán)聚的作用。 第二章 表面活性劑的分散機(jī)理和納米材料的 基本效應(yīng) 表面活性劑的分散機(jī)理 (1) 靜電穩(wěn)定機(jī)制 在粉體懸浮液中加入分散劑，可降低固、液之間的界面張力，有效潤(rùn)濕顆粒。以水性分散介質(zhì)為例，分散劑親油性基團(tuán)吸附于固體粒子表面，親水基團(tuán)為水介質(zhì)溶劑化，并擴(kuò)展到水相介質(zhì)中，由此圍繞粒子形成一個(gè)帶電荷的保護(hù)屏障， 雙層包圍粒子，粒子之間產(chǎn)生靜電斥力，使分散體穩(wěn)定 [5]。 (2) 空間位阻穩(wěn)定機(jī)制 空間位阻穩(wěn)定機(jī)制 通過(guò)加人高分子聚合物 (分散劑 )，使其一端的官能團(tuán)與膠體發(fā)生吸附，另一端溶劑化鏈就會(huì)伸向介質(zhì)中，形成阻擋層，阻擋膠粒之間的碰撞、聚集和沉降。 (3) 靜電位阻穩(wěn)定機(jī)制 靜電位阻穩(wěn)定機(jī)制也叫做電空間穩(wěn)定，其靜電部分來(lái)源于粒子表面的靜電荷或與定位聚合物聯(lián)系的電荷，所用高聚物叫聚電解質(zhì)。因?yàn)榧扔须p電層穩(wěn)定機(jī)制，又有空間位阻穩(wěn)定機(jī)制，此種穩(wěn)定效果會(huì)更好。這種聯(lián)合機(jī)制的勢(shì)能曲線沒(méi)有第一小值，雙電層在較長(zhǎng)距離上提供一段較高的位壘，在小范圍內(nèi)位阻穩(wěn)定阻止粒子相互接觸到 [6]。 納米材料的四種基本效應(yīng) 處在納米尺 度下的物質(zhì)，其電子的波性以及原子之間的相互作用將受到尺度大小的影響，之間的相互作用將受到尺度大小的影響，諸如熔點(diǎn)、磁學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能、力學(xué)性能和化學(xué)性會(huì)出現(xiàn)與傳統(tǒng)材料迥然不同的性質(zhì)，表現(xiàn)出的獨(dú)特性能甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 無(wú)法用傳統(tǒng)的理論體系解釋?zhuān)韵驴偨Y(jié)了導(dǎo)致納米材料表現(xiàn)獨(dú)特性能的 4種基本效應(yīng)。 (1) 表面效應(yīng) 當(dāng)微粒的直徑降低到納米尺度時(shí)，其表面粒子數(shù)、表面積和表面能均會(huì)大幅增加。由于表面粒子的空位效應(yīng)，周?chē)鄙傧噜彽牧Ｗ?，出現(xiàn)表面粒子配位不足；同時(shí)高的表面能也使得表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，易于通過(guò)與外界原子 結(jié)合而獲得穩(wěn)定 [7]，如金屬的納米顆粒在空氣中會(huì)燃燒，無(wú)機(jī)的納米顆粒暴露在空氣中會(huì)吸附氣體并與氣體發(fā)生反應(yīng)，皆由表面效應(yīng)所致。 例如 :粒子直徑為 10nm時(shí)，微粒包含 4000個(gè)原子，表面原子占 40%；粒子直徑為 1nm時(shí)，微粒包含有 30個(gè)原子，表面原子占 99%。主要原因就在于直徑減少，表面原子數(shù)量增多。再例如，粒子直徑為 10nm和 5nm時(shí)，比表面積分別為 90m2/g和 180m2/g。 (2) 小尺寸效應(yīng) 隨著顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱(chēng)為小尺寸效應(yīng)。納米顆粒尺寸小，比表面積大，在熔點(diǎn)、磁學(xué)性能、電學(xué)性 能和光學(xué)性能等都較大尺寸顆粒發(fā)生了變化，產(chǎn)生出一系列奇異的性質(zhì)。如金屬納米顆粒對(duì)光的吸收效果顯著增加，而直徑為 2nm的金和銀的納米顆粒，其熔點(diǎn)分別降為 330℃和 100℃ [8]。 (3) 量子尺寸效應(yīng) 當(dāng)粒子的尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級(jí)。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，會(huì)出現(xiàn)納米材料的量子效應(yīng)，從而使其磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電性能變化。 (4) 宏觀量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有穿越勢(shì)壘的能力稱(chēng)之為隧道效應(yīng)。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀的物理 量，如微小顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等也具有 隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化。這種效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)一起，將會(huì)是未來(lái)微電子器件的基礎(chǔ)，它們確定了微電子器件進(jìn)一步微型化的極限 [9]。 甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第三章 表面活性劑在納米材料制備中的應(yīng)用 3． 1 微乳液在納米材料制備中的應(yīng)用 微乳液中納米微粒的形成機(jī)理 (1) 納米微粒的制備是通過(guò)混合兩個(gè)分別增溶有反應(yīng)物的膠團(tuán)實(shí)現(xiàn)的。含不同反應(yīng)物的兩個(gè)膠團(tuán)混合后，由于膠團(tuán)顆粒不停地做布朗運(yùn)動(dòng)，膠團(tuán)顆粒間的碰撞使組成界面的表面活性劑和 助表面活性劑的碳?xì)滏溈梢曰ハ酀B入，從而引起了核內(nèi)和核殼的化學(xué)反應(yīng)。由于反相膠束的半徑是固定的，不同膠束內(nèi)的晶核和粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制。 (2) 一種反應(yīng)物增溶在水核內(nèi)，另一種以水溶液形式與前者直接或滴定混合，水相反應(yīng)物穿過(guò)微乳液或直接與微乳液表面的活性劑配位，并在此處與另一反應(yīng)物作用，產(chǎn)生晶核并長(zhǎng)大。產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由膠團(tuán)的尺寸決定的。 (3) 一種反應(yīng)物增溶在水核內(nèi)或吸附在膠團(tuán)表面上，另一種反應(yīng)物為氣體。將氣體通入液相中，充分混合，使二者發(fā)生反應(yīng)，可以制得納米粒子 [10]。 微乳液法在納米材料制備中的應(yīng)用 首先正式報(bào)道了用肼或氫氣還原微乳水核中的金屬鹽制備單分散的 Pt、 Pd、 Rh和 Ir納米顆粒后 ,微乳液技術(shù)已經(jīng)被用來(lái)制備金屬單質(zhì)、合金、催化劑、半導(dǎo)體、陶瓷和磁性等材料 ,而且研究領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。 (1) 利用微乳體系可以制備金屬單質(zhì)和合金 人采用水（溶液） /二甲苯 /SDS/正戊醇反相微乳液體系，用水合肼還原硫酸鎳制備了納米級(jí)微粒，同時(shí)也采用 XRD， TEM等方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了鑒定與表征，從而得出：鎳粉為比較均勻的球形，在控制不同條件下，制備粒徑在 15～ 100nm范圍內(nèi)變化。水量 /表面活性劑量的比值越大，水核半徑大，鎳粒子越大；助表面活性劑含量在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，油 — 水界面膜增強(qiáng)，鎳粒子粒徑變小；反應(yīng)體系中鎳粒子濃度增大時(shí)，成核速度快，有利于小尺寸粒子的生成。還原制得了納米級(jí)銀粒子。采用 SDS/異戊醇/二甲苯 /水體系，用水合肼還原硝酸銀制備納米級(jí)銀粒子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：采用微乳甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 液法制備納米級(jí)銀粒子，通過(guò)控制不同的反應(yīng)條件，如體系組成、銀離子濃度及助表面活性劑的濃度可得到不同粒徑的產(chǎn)物。當(dāng)體系內(nèi)含水分較高時(shí)，生成的銀粒子尺寸較大，且粒度分布呈多分散性，而當(dāng)助表面活 性劑含量增加時(shí)，銀粒子尺寸變小，粒度分布變窄利于得到理想產(chǎn)品。 (2) 利用微乳體系可以制備金屬氧化物納米顆粒 ]在水 環(huán)己烷 正己醇 Triton X100的微乳體系中由氯氧化鋯制備了納米級(jí)氧化鋯微粒。先配制摩爾比為 1:: Triton X100、正己醇、環(huán)己烷的混合微乳液，然后取兩份上述溶液，分別加入一定量的 0． 4～ 1． 0 mol/L氯氧化鋯 (ZrOC12﹒ 8H2O)溶液或氨水，攪拌至澄清，即分別獲得氯氧化鋯溶液的微乳液和氨水的微乳液，接著在強(qiáng)烈攪拌下，向含鋯鹽的微乳液中緩慢加入含氨水 微乳液，進(jìn)行水解反應(yīng)，然后將反應(yīng)后混合物在 75℃下回流 6h，過(guò)濾，并用乙醇和水洗滌幾次，最后將產(chǎn)物再烘干和焙燒