【正文】 納米材料的應(yīng)用 3. 納米貯氫材料和綠色汽車(chē) 用氫 氧燃料電池作動(dòng)力的汽車(chē)、飛機(jī)幾乎達(dá)到零污染，因它不排放廢氣，產(chǎn)物水還可以飲用。 華裔女科學(xué)家孔敬等人發(fā)明的“納米紙巾”，完全防水，卻可以吸收其本身重量 20倍的油污，且可以回收重復(fù)使用，成本低廉，可以用來(lái)凈化飲用水和清理海洋中泄漏的油污。 納米級(jí)的鐵、鎳和 混合制成的催化劑可以代替貴金屬作為汽車(chē)尾氣的凈化劑，使高速公路從高污染區(qū)變?yōu)榄h(huán)保型區(qū)。 當(dāng)電子能級(jí)的間隔大于熱能、磁能、電能和光子能量等特征能量時(shí)，則引起能級(jí)改變、能隙變寬，直觀上表現(xiàn)為樣品顏色的變化。納米粒子具有極高的化學(xué)活性，并有自發(fā)聚結(jié)以降低表面能的傾向。 水 水包油 油 油包水 納米材料的制備方法 (6) 納米膜的制備 A. 用物理的方法進(jìn)行真空蒸氣沉積，即真空鍍膜 B. 使氣相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，共聚成納米粒子，蒸氣沉積成膜 C. 用電鍍的方法，控制電鍍條件，獲得各種各樣的納米鍍層 如：合金鍍層、耐磨鍍層、殺菌鍍層等 D. 用 LB膜的制備技術(shù)，進(jìn)行各種方式的組裝，獲得用于仿生、電子器件和電化學(xué)分析的各種各樣的各向異性的 LB膜 納米材料的制備方法 (7) 納米絲和鈉米管的制備 用天然或人工合成的含納米孔的多孔材料作為模板，讓產(chǎn)物的成核和生長(zhǎng)都在納米孔中進(jìn)行，從而獲得納米絲或納米管 常用的多孔材料有： 各種型號(hào)的分子篩、多孔氧化鋁和各種多孔無(wú)機(jī)氧化物等 制備的納米材料有： 碳納米管、各種金屬納米絲和各種氧化物納米纖維等 納米材料的特性 (1) 小尺寸效應(yīng) 由于納米材料的粒徑比入射光的波長(zhǎng)、傳導(dǎo)電子的德布羅依波長(zhǎng)、超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度等尺寸還小 所以在聲、光、熱和電磁等特征方面會(huì)出現(xiàn)小尺寸效應(yīng)。 納米技術(shù)與傳統(tǒng)學(xué)科相結(jié)合，形成了許多新的學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)，如 納米物理學(xué)，納米化學(xué)，納米電子學(xué)，納米機(jī)械學(xué)，納米材料學(xué)，納米生物學(xué)，納米醫(yī)學(xué)、藥學(xué)和納米軍事學(xué) 等?？梢苑乐刮镔|(zhì)間的對(duì)流與混合，僅靠擴(kuò)散進(jìn)行 72 2 3K Cr O 2 A g N O?的明膠凝膠72 2 3A g Cr O ( l e ise g a n g ) 2 K N O??? ?環(huán) 凝膠的性質(zhì) 由于凝膠內(nèi)部的液體不能“自由”流動(dòng)，所以在凝膠中發(fā)生的反應(yīng)沒(méi)有對(duì)流現(xiàn)象。 凝膠的制備 2. 從干凝膠制備凝膠 這種方法只適用于親液溶膠 將干凝膠浸在合適的溶劑中， 凝膠吸收溶劑后發(fā)生膨脹，膨脹至一定程度形成凝膠，繼續(xù)吸收溶劑，最后會(huì)形成溶膠。這種方法只適用于親液溶膠。 ?????? 外力作用 以共價(jià)鍵交聯(lián)的凝膠 (如硅膠 )或以靜電引力形成的凝膠 (如蛋白質(zhì)凝膠 )因粒子間相互作用力強(qiáng)，一般沒(méi)有觸變現(xiàn)象。 對(duì)液體吸收有選擇性，有溶脹性質(zhì)。 凝膠既不完全像固體，又不完全像液體的一個(gè)中間狀態(tài)，稱(chēng)為凝膠 (gel)。 為了消除膜電勢(shì)的影響，在純水一邊加入足夠的中性電解質(zhì)，如 NaCl 22N a ( )C l ( )cc?? 雖然膜兩邊 NaCl的濃度不等，但達(dá)到膜平衡時(shí)NaCl在兩邊的化學(xué)勢(shì)應(yīng)該相等，即 ( Na C l , Na C l ,?? ?左） （ 右）1R ( )c?1Na ( )cx? ?22N a ( )C l ( )cxcx????Cl ( )x?設(shè)活度因子均為 1，得 滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量 ( Na C l , Na C l ,?? ?左） （ 右） 同一個(gè)化合物的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是相同的，所以有 ( N a Cl , L ( N a Cl , Raa ?））? ? ? ?N a Cl N a ClLRa a a a? ? ? ??++L L R R[ Na ] [ C l ] [ Na ] [ C l ]???212) ( )c x x c x? ? ?（即 滲透壓是因?yàn)槟蛇叺牧Ｗ訑?shù)不同而引起的，故 1 1 2[ ( 2 ) 2( ) ]c c x c x R T? ? ? ? ?Π 滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量 212) ( )c x x c x? ? ?（解得 22122cccx??? ?122 2 4c c x RT? ? ?將 x的數(shù)值代入，得 21 1 212222c c cRTcc???Π 滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量 21 1 212222c c cRTcc???Π（ A）若加入電解質(zhì)太少 21cc（ B）當(dāng)加入的電解質(zhì)足夠多 21cc0x ?212xc?這與不外加電解質(zhì)的情況差不多 1c R T?Π 這與第一種不電離的大分子的情況差不多，但兩邊的離子濃度相差不大，消除了 Donnan效應(yīng)的影響 22122cccx?? 滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量 22ncR T A cM????????Π 大分子化合物的溶液一般是非理想的，最好使用非理想溶液的滲透壓公式進(jìn)行計(jì)算。滲透壓可以用不帶電粒子的 van’t Hoff 公式計(jì)算，即 不電離大分子的滲透壓 1P( )c 2HO2HO 電離大分子的滲透壓 R Na R Na??? 大分子電解質(zhì) RNa在水中發(fā)生如下離解： 這種離子在膜兩邊濃度不等的平衡就是 Donnan平衡 1R ( )c?1N a ( )c? 大分子離子 不能透過(guò)半透膜，而 Na+可以，但為了保持溶液的電中性， Na+也必須留在 同一側(cè) 。 帶電粒子在膜兩邊的不均勻分布會(huì)產(chǎn)生膜電勢(shì)，會(huì)影響滲透壓的數(shù)值，導(dǎo)致所計(jì)算的大分子的摩爾質(zhì)量產(chǎn)生誤差，故又稱(chēng)之為 Donnan效應(yīng) ，要設(shè)法消除。 ?M[] KM ??? ?式中 和 為與溶劑、大分子物質(zhì)和溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，有表可查 K ? 大分子溶液的黏度 用黏度法測(cè)定摩爾質(zhì)量 Donnan平衡 1. 不電離大分子的滲透壓 2. 電離大分子的滲透壓 3. 滲透壓法測(cè)電離大分子的摩爾質(zhì)量 在大分子電解質(zhì)中通常含有少量電解質(zhì)雜質(zhì)，即使雜質(zhì)含量很低，但按離子數(shù)目計(jì)還是很可觀的。 0?? r? sp? 當(dāng)溫度、聚合物和溶劑系統(tǒng)選定后，大分子溶液的黏度僅與濃度和聚合物分子的大小有關(guān)。 它的定義是 1/BB( B )vmMMm??????? ? ????????m為大分子物質(zhì)的總質(zhì)量， mB是摩爾質(zhì)量為 MB質(zhì)量組分的質(zhì)量。 *4. Z均摩爾質(zhì)量 隨著測(cè)定和平均的方法不同，得到的平均摩爾質(zhì)量也不同。 影響溶膠穩(wěn)定性的其他因素 4. 帶不同電荷膠粒的相互影響 將膠粒帶相反電荷的溶膠互相混合，也會(huì)發(fā)生聚沉 與加入電解質(zhì)情況不同的是，當(dāng)兩種溶膠的用量恰能使其所帶相反電荷的量相等時(shí)，才會(huì)完全聚沉 否則會(huì)不完全聚沉，甚至不聚沉 在污水處理或自來(lái)水廠使水凈化時(shí)，常要加凈化劑 ，水解形成的 溶膠帶正電，而天然的泥砂粒子帶負(fù)電，由于正、負(fù)溶膠相互作用，發(fā)生混凝，水很快澄清。 為了保護(hù) 10 cm3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ，在加入 1 cm3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 NaCl后，在 18 h內(nèi)不聚沉，所需高分子的最少質(zhì)量稱(chēng)為 金值 ，一般用 mg表示。 憎液溶膠的膠粒黏附在大分子上，大分子起一個(gè)橋梁作用，把膠粒聯(lián)系在一起，使之更容易聚沉。 SchulzeHardy 規(guī)則 聚沉值與異電性離子價(jià)數(shù)的六次方成反比 例如，對(duì)于給定的溶膠，異電性離子分別為 3 價(jià)，則聚沉值的比例為 100 ? ? 即 6 6 61 1 1 1 2 3? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?:: 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 ++ 4H C s R b N H K N a L i? ? ? ? ? 4. 感膠離子序 與膠粒帶相反電荷的離子就是價(jià)數(shù)相同，其 聚沉能力也有差異。 電解質(zhì)對(duì)溶膠穩(wěn)定性的影響 2. 聚沉值與聚沉能力 聚沉值 使一定量的溶膠在一定時(shí)間內(nèi)完全聚沉 所需外加電解質(zhì)的最小濃度。 Brown運(yùn)動(dòng)不足以維持憎液溶膠的穩(wěn)定性 憎液溶膠的表面能很高，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定系統(tǒng)。 貯油罐中的油內(nèi)常會(huì)有水滴，水滴的沉降會(huì)形成很高的電勢(shì)差，有時(shí)會(huì)引發(fā)事故。 在化工或石化工業(yè)中，若要 用泵輸送易燃的碳?xì)浠衔?，一定要防止這類(lèi)液體在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)高的流動(dòng)電勢(shì)。 在外加電場(chǎng)作用下，帶電的 介質(zhì) 通過(guò)多孔膜或半徑為 1~10 nm的毛細(xì)管作 定向移動(dòng) ，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 電滲 電滲 電滲管示意圖 3為多孔膜，可以用濾紙、玻璃或棉花等構(gòu)成 在 U型管 1， 2中盛電解質(zhì)溶液，作為介質(zhì) 也可以用氧化鋁、碳酸鋇、 AgI等物質(zhì)構(gòu)成 當(dāng)在電極 5， 6上施以直流電壓時(shí)，從刻度毛細(xì)管4中彎月面的移動(dòng)可以觀察到管中介質(zhì)的移動(dòng) 電滲 如果多孔膜吸附陰離子，則介質(zhì)帶正電，通電時(shí)介質(zhì)向陰極移動(dòng)； 反之，多孔膜吸附陽(yáng)離子，帶負(fù)電的介質(zhì)向陽(yáng)極移動(dòng)。 電勢(shì)會(huì)隨著溶劑化層中離子濃度的改變而改變 ? 的數(shù)值主要取決于與固體成平衡的離子濃度 0?? 若有足夠多的電解質(zhì)加入，當(dāng)雙電層的厚度變薄到等于切動(dòng)面以左部分的厚度時(shí)，這時(shí) 電勢(shì)就等于零，甚至還會(huì)改變符號(hào)。 在膠粒與介質(zhì)的界面上也形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。 用顯微鏡直接觀察膠粒，這個(gè)方法只能觀察 200 nm以上的膠粒。例如，紙上電泳只能將血清分成五個(gè)組分，而用聚丙烯酰胺凝膠作的圓盤(pán)電泳可將血清分成 25個(gè)組分。 紙上電泳的分離能力不是很強(qiáng)， 只能將 人體血清或血漿分成 5個(gè)組分。 常用的區(qū)帶電泳有：紙上電泳，圓盤(pán)電泳和板上電泳等。 根據(jù)通電時(shí)間和液面升高或下降的刻度，計(jì)算電泳的速度。 在某一特定的 pH條件下，生成的 COO和 NH3+數(shù)量相等，蛋白質(zhì)分子的 凈電荷為零 ，這個(gè) pH稱(chēng)為蛋白質(zhì)的 等電點(diǎn) 。 膠粒帶電的原因 當(dāng) Al3+被兩價(jià)離子同晶置換后，黏土和分子篩等微粒帶負(fù)電就更多。 (2) 因動(dòng)而產(chǎn)生電 電泳 （ 1）吸附 膠粒帶電的原因 膠粒在形成過(guò)程中， 膠核優(yōu)先吸附某種離子，使膠粒帶電。 光學(xué)性質(zhì) 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 1. 電泳 2. 雙電層和動(dòng)電電勢(shì) 3. 電滲 4. 流動(dòng)電勢(shì) 5. 沉降電勢(shì) 溶膠的電學(xué)性質(zhì) 電動(dòng)現(xiàn)象分兩類(lèi) (1) 因電而動(dòng) 膠粒是帶電的，而溶膠是電中性的，所以 介質(zhì)所帶的電荷剛好與膠粒的電荷相反 。例如，球狀 粒子不閃光，不對(duì)稱(chēng)的粒子在向光面變化時(shí)有 閃光現(xiàn)象。 配有心形聚光器的顯微鏡 (2) 有心形聚光器 的超顯微鏡 目鏡在黑暗的背景上看到的是 膠粒發(fā)出的散射光 。 超顯微鏡是目前研究憎液溶膠非常有用的手段之一。 3. 散射光強(qiáng)度與單位體積中的粒子數(shù)成正比。 光學(xué)性質(zhì) 1. Tyndall 效應(yīng) 4C uS O 溶液 3F e ( OH) 膠溶光源 光學(xué)性質(zhì) 2. Rayleigh 散射定律 Rayleigh研究