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表面活性剂在纳米技术中的应用
摘自:日期:2020-09-28 14:22

“小是美丽的”,纳米材料以其特有的尺寸效应、电子效应、光学效应和双亲双疏效应广泛应用于农业、电子、化工、通信、环保和制药甚至武器制造等领域。纳米技术正成为继电子技术、生物技术和基因工程之后的又一项可能对人类文明产生深远影响的新产业革命。

表面活性剂具有亲油亲水结构,具有乳化、润滑、洗净、分散、抗静电、杀菌等一系列作用,被誉为“工业味精”,广泛应用于工农业生产和人类生活的各个方面。因此从纳米技术诞生伊始,表面活性剂在纳米材料的制备和应用过程中都起着极为重要的作用。如在纳米材料的制备技术中,利用表面活性剂优良的乳化和表面活性性能,制备微乳液,每一个微乳液囊作为一个微型反应器,从而制备颗粒均匀的纳米粒子。表面活性剂在纳米技术中的另一个重要作用就是对纳米粒子进行表面处理。有利于其在其它高分子疏水材料中的分散,极大地拓宽了纳米材料的应用领域。?

1  表面活性剂在纳米材料制备中的应用

纳米材料的颗粒尺寸、形貌和晶型的均一性是纳米材料卓越功能的可靠保证,因此在纳米材料的合成过程中,必须有效地控制粒子的粒径大小及分布、粒子的形貌及团聚状态。表面活性剂的引入成为经济和卓有成效的手段之一。?

1.1  在液相沉淀法中应用?

目前合成纳米材料主要有三种:固相法、液相法和气相法。其中尤以液相沉淀法是主要的的合成方法。体系在液相状态下,将组分溶质混和,在溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米颗粒的前驱体沉淀物,再将其干燥煅烧为成品纳米颗粒。在此过程中,从液相中析出的超细微粒子,伴随着成核和生长过程,另有团聚现象产生,即核与微粒及微粒与微粒之间相互结合形成较大的粒子,使形成的二次粒子不具备纳米特征。因此近年来不断有研究人员探索利用表面活性剂来改善颗粒的分散状态。其原理一般用表面活性剂的静电排斥力的稳定作用和空间位障稳定作用,两种作用结合起来如图一所示,图中虚线为空间位障稳定作用范围,点划线为静电作用范围,可以推断,对离子型表面活性剂静电作用比较明显,而对于分子量较大的非离子表面活性剂则空间位障稳定作用较为有效。因为大多数沉淀颗粒为氢氧化物或氧化物的水合物,具有极大的比表面积,易于吸附含有亲水基团的表面活性剂,在沉淀颗粒四周形成一层保护膜,一方面减少由于表面电荷的富集而形成的粒子之间的相互吸引,另一方面,大分子的疏水基团形成的体积效应,减少了粒子之间相互靠拢,同样减少了颗粒团聚的产生。

徐明霞等人1研究了高分子型表面活性剂在氧化锆超细粉体制备中的应用,所选择的表面活性剂为成年美女黄网站色视频免费(分子量为60020000),通过将成年美女黄网站色视频免费水溶液加入氧氯化锆的水溶液中,加入氨水,采用分子沉淀法制备ZrO2的超细粉体。研究表明,沉淀表面吸附的PEG量与分子量大小有关,随着分子量的增大,吸附量减少,但由于位障效应的增强,分子量增大又有利于颗粒的分散。所以通过控制PEG的吸附量和分子量的大小可以制备颗粒粒径分布均匀的ZrO2的超细粉体。从而大大提高了成品烧结材料的力学性能。

张治军等人2发明了一种脂肪酸修饰金属氧化物或氢氧化物的纳米微粉及制备方法。其方法是在金属氧化物或氢氧化物制备过程中引入C8C18长链脂肪酸或其金属盐,使得脂肪酸在纳米微粉生成的瞬间以化学结合的形式键合于微粒的表面,形成稳定的化学修饰层。因此它不同于表面活性剂包覆于纳米微粒的表面,也不是两种化合物的混合物,这种修饰作用不仅可以控制纳米的尺寸和团聚的发生,更为重要的是它能使纳米微粒更好地分散于有机介质中,所制备的纳米材料可以用作润滑油的抗摩和抗极压添加剂和涂料、颜料的添加剂,还可用作陶瓷材料的原料制备

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