表面活性剂与纳米材料
表面活性剂在纳米技术中的应用研究
表面活性剂在纳米技术中的应用研究随着科技的不断进步和发展，纳米技术已经逐渐成为人们眼中的热门话题。
纳米技术是什么呢？纳米技术是一门专门处理和研究纳米材料的技术，它研究的是在纳米尺度下的物质的性质，并对其使用进行操作和制造。
而在纳米技术中，表面活性剂也是一个重要的研究领域。
那么，表面活性剂在纳米技术中有哪些应用呢？本篇文章将从纳米材料的性质、表面活性剂的作用、纳米技术中表面活性剂的应用三个方面进行探讨。
一、纳米材料的性质在纳米尺度下，由于表面积和界面现象因素的影响，物质的性质和性能都会发生很大的变化。
例如，纳米粒子的比表面积比普通材料更大，电子和离子的运动方式也有所不同，这些都为处理及进行改性提供了很好的基础。
二、表面活性剂的作用表面活性剂是指一类可以吸附在界面上，降低界面张力并改变界面性质的化学物质。
表面活性剂中的两端，一端的亲水性使其能够和水相相容，在水中形成“头”，另一端则是疏水性的，使其能够和油或其他疏水性液体相容，在疏水相中形成“尾”。
表面活性剂具有很好的分散、乳化和表面调节效果，能有效地调节纳米材料的粒径分布和表面性质。
三、纳米技术中表面活性剂的应用1. 纳米颗粒制备通过表面活性剂对纳米粒子进行改性，可以使纳米颗粒更好地分散在溶液中，并且粒径分布更为均匀。
同时，还可以通过调节表面活性剂的种类和用量来精细调控纳米颗粒的形貌和表面性质。
2. 纳米复合材料制备利用表面活性剂对不同的纳米材料进行复合，可以制备出具有良好性能和稳定性的纳米复合材料。
表面活性剂还可以通过改变纳米材料间的相互作用力，提高纳米复合材料的力学性能和导电性能等。
3. 纳米药物制备表面活性剂还可以用于纳米药物制备。
通过控制表面活性剂的存在和用量，可以制备出稳定的纳米药物载体，并且可以将表面活性剂与药物进行结合，提高药物的生物利用度。
总结表面活性剂作为一种重要的界面调节剂，在纳米技术中发挥了重要的作用。
通过表面活性剂的应用，可以使纳米材料更好地进行处理和改性，从而更好地发挥其应用价值。
表面活性剂在纳米材料形貌调控中的作用及机理研究进展
Vol 135No 16化基金项目:河南省杰出青年科学基金项目(No.0312*******);河南省教育厅自然科学基金项目作者简介:王培义(1960-),男,教授,硕士生导师,主要研究方向:精细化学品和功能材料。
表面活性剂在纳米材料形貌调控中的作用及机理研究进展王培义 张晓丽 徐甲强(郑州轻工业学院材料与化工学院,郑州450002)摘 要 介绍了表面活性剂在纳米材料合成中的软模板作用和稳定分散作用,重点综述了利用表面活性剂在溶液中聚集形成的胶团、反胶团、微乳液、囊泡、液晶等各种有序聚集体辅助制备纳米材料的作用机理。
展望了表面活性剂在纳米材料形貌调控中的应用前景。
关键词 纳米材料,形貌调控,表面活性剂,有序聚集体,作用机理Progress in f unction and mechanism of surfactant incontrolling of size and shape of nanomaterialsWang Peiyi Zhang Xiaoli Xu Jiaqiang(College of Material and Chemistry Engineering ,Zheng Zhou University ofLight Indust ry ,Zhengzhou 450002)Abstract The f unction of surfactants in controlling size and shape of nanomaterial particles ,which are template ac 2tion and dispersion property ,were anized surfactant assembles ,including micelles ,reverse micelles ,microe 2mulsion ,surfactant liquid crystal and surfactant vesicles are introduced and their mechanism in assistant formation of nano 2materials are summarized.the direction of research of surfactant in controlling of size and shape of nanomaterials is viewed.K ey w ords nanomaterial ,controlling shape ,surfactant ,organized assemble ,mechanism 在纳米材料研究过程中,只有实现对纳米材料微结构的有效控制,才有可能将其更有效地应用于微电子器件等高科技领域中,因此,纳米材料的形貌控制成为当前材料科学研究的前沿与热点。
表面活性剂对TiO2纳米晶体生长动力学的影响
[ ] １ ９ .M 程中 T i O i c h a e lP． ２纳 米 晶 体 生 长 过 程 的 影 响
于T 一 些 有 机 酸㊁ 碱的小分 i O ２ 纳米晶体 的 生 长 控 制 , t o 等用各种不同 的 一 元 有 机 胺 来 控 制 产 物 T i O ２纳 米 ] ２ ３ , 颗粒的形貌 [ 等研究了柠檬酸 对 V i c k iH． G r a s s i a n 纳米晶体生长机理起到积极推动作用 .
] ２ １ Ｇ ２ ２ .T． 子被广泛用于修饰二氧化钛的生长 [ S u i m o Ｇ g
[ ２] , 于T 这些研究对于 T i O i O ２ 纳米晶 体 的 生 长 控 制 ２
研究了不同表面活性 T i O ２ 纳米晶体的不同 生 长 过 程 ; 剂及不同 p 形貌的 影 响 ; 运用 H 值对于晶体生长结构 ㊁ 为进一步精确控 制 锐 钛 矿 型 纳 米 T i O ２晶体提供了理 论依据 .
所有原料 均 购 自 上 海 国 药 集 团 公 司 , 分 析 纯 级.
] １ ３ Ｇ １ ７ . 其中 J 最近有不少的报道 [ i l l i a nF． B a n f i e l d 小组
关于纳米二氧 化 钛 的 生 长 机 理 及 其 动 力 学 研 究 ,
水㊁ 正丁醇/水 ㊁ 乙二胺/水 ３ 种水热体系下的锐钛矿型
本文在前期的 研 究 基 础 上 深 入 研 究 了 在 丙 二 酸/
１㊀ 引 ㊀ 言
不同动力学模型 , 研究了 ３ 种体系下的晶体生长过程 ,
] １ Ｇ ９ .纳米二氧 动力学的研究 引 起 了 人 们 广 泛 的 关 注 [
表面活性剂在纳米技术中的应用
[30]黄海鸥，余刚．壳聚糖类絮凝剂及其在水处理中的应用给水排水，1999，25(11)：81[31]施凯，田立英，刘振儒综合治理药厂废水的研究水处理技术，1999，25(1)：54--58表面活性剂在纳米技术中的应用孙国良(中国石化仪征化纤股份有限公司产品技术开发中心仪征21．1900)摘要本文综述了表面活性剂在纳米技术中的应用。
论述了袁面活性剂在液相沉淀法和微乳液法制备纳米材料中的作用和原理。
详细介绍了表面活性剂在纳米复合材料制备中对粘土的有机化处理机理。
并对纳米材料表面处理工艺中表面活性荆应用作了较．g,49N阐述。
关键词表面活性剂；纳米材料“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。
表面活性剂具有独特的亲油亲水结构，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。
表面活性荆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：}r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最为典型也是最主要的的合成方法。
表面活性剂在纳米氧化锌制备中的应用研究进展
第24卷 第3期内蒙古民族大学学报(自然科学版)Vol.24 No.3 2009年5月Journal of I nnerMongolia University f or Nati onalities M ay2009表面活性剂在纳米氧化锌制备中的应用研究进展侯 洁,董 哲,刘宗瑞,陈晓红,段莉梅(内蒙古民族大学化学学院,内蒙古通辽 028043)〔摘 要〕纳米氧化锌粒子的超细化使得其表面能和表面张力大,从而容易团聚,影响超细粉末及最终产品的性能.本文主要总结了近年来在制备纳米Zn O过程中表面活性剂影响的研究现况.〔关键词〕氧化锌;表面活性剂;制备〔中图分类号〕T B383 〔文献标识码〕A〔文章编号〕1671-0185(2009)03-0266-03The Research Progress of theSurfact an t i n the Prepara ti on of Nano-z i n c O x i deHOU J ie,DONG Zhe,L I U Zong-rui,CHEN Xiao-hong,DUAN L i-mei(College of Che m istry,I nnerMongolia University for Nati onalities,Tongliao028043,China)Abstract:M icr o-nano-zinc oxide particles can make their surface and surface tensi on,thus easier t o reunite i m pactof ultra-fine powder and the final p r oduct perfor mance.This paper su mmarizes the p reparati on of nano-Zn O in re2cent years in the course of the i m pact of surfactant study the situati on.Key words:Zinc oxide;Surfactant;Preparati on纳米氧化锌作为一种新型高功能精细无机材料,在橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化工和陶瓷等领域受到广泛关注〔1〕.相对于块状Zn O而言,纳米Zn O粉体由于表面能变大而易引起粉体团聚〔2〕,转相温度高而颗粒明显长大,形成聚集体,严重影响超细粉体与最终产品的性能〔3〕.制备纳米氧化锌的关键技术在于通过控制颗粒大小获得较窄的粒度分布,减少粉末的团聚.在制备过程中加入适量的表面活性剂可以减少这种团聚.本文对近年来纳米Zn O制备过程中表面活性剂的影响研究进行了综述.1 表面活性剂在纳米氧化锌制备中的作用通过向纳米材料前驱物中加入表面活性剂可以降低表面张力,减少表面能,从而降低分散体系中固体或液体粒子的聚集程度,保持分散体系相对稳定,有效地对纳米粒子的大小和形貌进行调控〔4〕.加入表面活性剂可以在氧化锌前驱体表面可起到空间位阻作用,减少粒子间直接接触,避免因氢键或范德华力的作用而导致团聚.在前驱物生成阶段,表面活性剂吸附在前驱物微粉的表面,使颗粒之间不易发生团聚.真空干燥时,表面活性剂分子在颗粒表面形成单分子膜,降低了溶剂与空气的接触面,表面张力急剧下降,微粒间不易靠近而降低微粉团聚程度.此外,表面活性剂的静电效应也可以在一定程度上降低微粉的团聚程度〔5〕.图1是加入表面活性剂和不加入表面活性剂纳米氧化锌粒子的粒度分布曲线〔6〕.以硫酸锌和碳酸氢铵为原料,在反应前加入聚乙二醇(PEG),可得到无团聚的碱式碳酸锌前驱体;或通过在固相反应过程中加入表面活性剂PEG,可以制备出粒径更小、分散性更好的纳米氧化锌〔7〕;若用可以形成液晶的复合非离子型表面活性剂作为分子模板,通过超声溶胶法控制,则可制备出平行束状纳米Zn O晶须,其等效平均粒径为50n m〔8〕.以Zn(NO3)2・6H2O、Na2CO3-NaHCO3为原料,阴离子表面活性剂为乳化剂,有机溶剂为分散剂,乳化法制备前驱物,热分解后得到的纳米Zn O为标准六方晶系,其平均粒径13.5n m〔9〕;若用聚乙烯砒咯烷酮(P VP)作为表面修饰剂,可3收稿日期:2008-12-26项目基金:内蒙古高等学校科研基金项目(NZC07745)作者简介:侯洁(1982-),女,安徽合肥人,在读硕士研究生,主要从事功能材料的研究.第3期侯洁等:表面活性剂在纳米氧化锌制备中的应用研究进展以合成出粒度分布窄、平均粒度为4.0n m 的氧化锌纳米微粒〔10〕.图2 表面活性剂加入量对纳米氧化锌粒度影响曲线F i gure 2 The rel a ti ona l cure of the i m pa lt of surfact an t for nano -Zno parti cles d istr i buti on1-加入表面活性剂 2-不加入表面活性剂图1 纳米氧化锌的粒度分布曲线F i gure 1 The rel a ti ona l curveof nano -Zno Par ti cles d istr i buti on 利用不同分子量的非离子型聚合物PEG 作为大分子表面活性剂,在特定的胶束浓度范围和介质体系中形成超分子模板,即“微反应器”,可以制备出具有球形、针棒状纳米氧化锌和均匀分散的六角形、片状、螺旋棒状的氧化锌纳米、亚微米材料〔11〕;以聚乙二醇-400为表面活性剂,通过溶胶-凝胶法合成出的纳米Zn O 粉末粒径能达到70n m 左右,且颗粒均匀,粒径分布范围窄,选取一定量的纳米Zn O 粉体,用滴定分析法分析其中Zn O 的含量,发现该粉末的纯度能达到99%以上〔12〕.加入表面活性剂在一定程度上可以制备一定形貌的纳米氧化锌.以Zn (CH 3COO )2・2H 2O 、(COOH )2・2H 2O 为原料,乙二胺为表面活性剂.在不添加乙二胺的条件下,得到的纳米Zn O 颗粒大部分为球形或接近球形的颗粒,粒子尺寸较小且分布均匀,平均直径在30n m 左右,没有针状、棒状和短柱状出现;若在同样的反应体系中,加入乙二胺,得到的是棒状的纳米Zn O 颗粒〔13〕.吴庆生等在PbCl 2纳米线的制备研究中也发现了类似的现象〔14〕.2 表面活性剂对纳米氧化锌性能的影响纳米氧化锌的形貌和粒度对氧化物前躯体的形貌和粒度有很大程度的继承性.在前躯体的制备过程中,表面活性剂的影响远远大于无机盐的浓度及络合剂浓度等因素的影响〔15〕.因此,前躯体的制备过程中表面活性剂及其聚合度的合理选择及其用量的控制显得极为关键.2.1 不同表面活性剂对纳米氧化锌性能的影响 选用合适的表面改性剂在纳米氧化锌制备中起了决定性的作用,使用前必须结合被处理对象的应用目的与要求、粒度大小、粒度分布、颗粒形貌、表面极性、处理工艺等.在合成的过程中表面活性剂可以充当反应的“软模板”来帮助晶体进行定向生长,通过化学吸附和特定的晶面的选择性作用,使颗粒的形状更加的多样化,呈现出各种不同的形貌.在水热条件下,用聚乙二醇220000(PEG220000)作为表面活性剂,在200℃下制得了花状氧化锌;若将表面活性剂改为CT AB (十六烷基三甲基溴化铵),在一定温度下可以制得的柱状和棒状Zn O 〔16〕.制备不同形貌Zn O 纳米材料,还常常使用十二烷基苯磺酸钠(S DBS )、十二烷基硫酸钠(S DS )、十二烷基羧酸钠〔17〕等作为表面活性剂.通过对聚乙二醇-400、不饱和脂肪酸T ween -60和低聚丙烯酸钠P AAS 三种表面活性剂对纳米氧化锌颗粒大小及表面形态影响的研究表明,聚乙二醇分子的位阻效应使颗粒表面张力下降,减少了粒子间的键合作用,对减小纳米颗粒的粒径效果较好,并在一定程度上起到了防止团聚的作用,有效地降低颗粒尺寸.而采用不饱和脂肪酸T ween -60和低聚丙烯酸钠P AAS 能占据粉体表面的微孔,导致粉体的比表面积下降,得到分散性良好的纳米氧化锌〔18〕.通过比较离子型(十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化胺)、非离子型(吐温-80、聚乙二醇-6000)表面改性剂对氧化锌颗粒大小及表观形态的影响〔19〕,表明十二烷基硫酸钠对前躯体的分散最好,得到的纳米氧化锌粒度也最小(80n m 左右);聚乙二醇-6000能有效包裹在纳米氧化锌的颗粒表面,阻止颗粒靠拢而形成的第二次团聚,得到的纳米氧化锌颗粒为95n m 左右;十六烷基三甲基溴化胺由于是阳离子改性剂,与纳米氧化锌前驱物带有同种电荷,由于相互排斥性,活性剂不能有效的包裹在前驱物粒子表面,使得粒子容易发生团聚,制得的纳米氧化锌粒径达到203n m 左右.徐甲强等考察了不同种类表面活性剂对化学沉淀法制备Zn O粒子尺寸的影响〔20〕.结果表明,阴离子表面活性剂乳化法合成的氧化锌具有颗粒小,结构均匀、分散性好,在较低温度下具有较高的气体灵敏度.廖莉玲等以硝酸锌和草酸为原料,添加不同种类表面活性剂,采用直接沉淀法合成出草酸锌前驱体,再经热分解得到纳米氧化锌粉末〔21〕.添加2%各种表面活性剂均能有效地降低纳米氧化锌粒径.其中,聚乙二醇-400效果最为显著.同种表面活性剂的不同聚合度对纳米氧化锌颗粒大小和分散程度有很大的影响.毋伟等研究了不同分子量的聚乙二醇对纳米762内 蒙 古 民 族 大 学 学 报2009年862表面,依氧化锌颗粒大小和分散程度的影响〔22〕.结果表明:聚乙二醇原位改性纳米氧化锌是通过吸附于前驱体Zn(OH)2的作用.PEG分子量太小起不到应有的空间位靠聚乙二醇的长链结构产生的空间位阻效应,来达到分散前驱体Zn(OH)2阻作用,分子量太大,则易使颗粒之间的分子间作用力增强而发生团聚.2.2 表面活性剂的用量对纳米氧化锌性能的影响 选择合适的表面活性剂用量在控制粒度大小、粒度分布、颗粒形状等方面同样是非常重要的.表面活性剂用量过大或过小都会在一定程度上影响纳米氧化锌的性质.氧化锌粉末的粒径随表面改性剂的用量的变化而变化,只有在最佳用量值时纳米氧化锌粒径才会最小.这是因为当表面改性剂用量较少时,在颗粒之间或颗粒表面不能产生足够的斥力来阻止颗粒之间靠拢的引力,从而发生团聚.但是,当表面活性剂用量过多时,表面活性剂在颗粒之间有剩余,阻止颗粒之间的自由移动,从而导致颗粒发生团聚.此外,表面活性剂本身的联结也会促使粒子之间相互靠拢而发生团聚.图2是表面活性剂加入量对纳米氧化锌粒度影响曲线图.通过比较使用不同量的聚乙二醇-300制备得到的纳米氧化锌的粒径大小和分散程度可以发现用量过大不利于纳米氧化锌粒子的分散.陈怀杰等在研究溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌中也指出了同一种表面活性剂的不同用量会影响纳米氧化锌才能形成稳定胶前驱物的成胶状态,提出聚乙二醇-400用量在1molZn2+加入130-200m l聚乙二醇-400,Zn(OH)2体;庄涛等〔23〕在天然橡胶的研究中用钛酸酯偶联剂(NDZ-201)作为制备纳米氧化锌的表面活性剂.钛酸酯用量在1%～5%改性后的纳米氧化锌粉体,分散性较好,可达到小尺寸的均匀分散.钛酸酯用量在20%～60%改性后的纳米氧化锌粉体分散性不如小用量时的好,这是因为钛酸酯用量过多引起粉体的絮凝,从而使其分散性变差.3 结语通过使用表面活性剂对纳米氧化锌微粒表面的修饰,改善或改变其颗粒的分散性,提高微粒表面活性,使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能,改善纳米粒子与其它物质之间的相容性.随着表面活性剂在超细粉体材料领域进一步的发展,相信表面活性剂在纳米氧化锌粉体材料领域必将发挥更大的作用.参 考 文 献〔1〕李晓娥,樊安,祖庸.纳米级氧化锌研究的进展〔J〕.现代化工,2000(7):23-27.〔2〕Johnst on G P,Muenchausen R,S m ith D M,et al.Reactive laser ablati on synthesis of nanosize alu m ina powder〔J〕.J Am Soc,1992,75:3293.〔3〕顾达,胡黎明.功能材料〔M〕.北京:化学工业出版社,1997.36-39.〔4〕Adair J H,Suvaci E.Mor phol ogical contr ol of particles〔J〕.Curr Op in Coll oid I nterf Sci,2000,5(1-2):160-167.〔5〕李玲.表面活性剂与纳米技术〔M〕.北京:化学工业出版社,2004.〔6〕商桑斌,杨幼平,刘开宇.均相成核-水热法制备纳米氧化锌〔J〕.精细化工中间体,2002,32(8):50.〔7〕陈金华,樊祯.表面活性剂对纳米氧化锌合成及分散性的影响〔J〕.湖南大学学报,2004,31(6):1.〔8〕胡南,刘雪宁,等.液晶分子超声模板法制备平行束状纳米Zn O晶须〔J〕.精细化工,2004,21(11):804-807.〔9〕冯洁.乳化-前驱物热分解法制备纳米氧化锌〔J〕.光谱实验室,2004,21(3):442-444.〔10〕杨青林,郭林,等.室温下纳米氧化锌新相的合成及表征〔J〕.高等学校化学学报,2003,24(1):82-85.〔11〕刘雪宁,杨治中,等.高分子模板法合成特殊形态的氧化锌纳米结构材料〔J〕.化学通报,2000,(11):46-48.〔12〕陈怀杰,李明伟,刘春梅.溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌〔J〕.重庆大学学报,2006,29(12):39.〔13〕姜秀平,高艳阳,贾素云.乙二胺对溶胶-凝胶法制纳米Zn O形貌的影响研究〔J〕.化学工程师,2007,1:15.〔14〕吴庆生,郑能武.氯化铅纳米线的胶束模板诱导合成及其机理研究〔J〕.高等学校化学学报,2001,22(6):898.〔15〕李彦生,李刚,高宏.表面活性剂在纳米氧化锌制备和改性中应用研究进展〔J〕.有色矿冶,2005,21:75-76.〔16〕杨森.低维Zno纳米材料〔J〕.化学进展,2007,19(10):1513.〔17〕L iu Z P,Hu Z K,L iang J B,et al.Size-contr olled synthesis and gr owth mechanis m of monodis perse telluriu m nano2 r ods by a surfactant2assisted method〔J〕.Lang muir,2004,20(1):214-218.〔18〕闵惠玲,黄雅婷,等.纳米氧化锌表面改性及应用研究〔J〕.印染,2004,(16):7-9.〔19〕王玉棉,李存增,等.表面改性剂在溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌中的应用〔J〕.有色金属,2007,4:51.〔20〕徐甲强,潘庆谊,等.纳米氧化锌的乳液合成、结构表征与气敏性能〔J〕.无机化学学报,1998,14(3):355-359.〔21〕廖莉玲,刘吉平,等.添加剂在制备纳米氧化锌中的作用〔J〕.贵州师范大学学报(自然科学版),2001,19(4):46.〔22〕毋伟,蔡意文.表面改性方式对纳米氧化锌紫外吸收性能影响研究〔J〕.功能材料,2004,增刊(35):2524.〔23〕庄涛.钛酸酯偶联剂用量对纳米氧化锌表面改性的影响〔J〕.特种橡胶制品,2006,6(27):25-26.〔责任编辑 郑 瑛〕。
表面活性剂在制备纳米颗粒所起的作用
需要通过实验摸索和优化，找 到合适的表面活性剂浓度，以 实现高效、可控的纳米颗粒制
备。
前景：新型表面活性剂的开发
随着纳米科技的发展，对表面活性剂 的性能要求也越来越高，因此需要不 断开发新型的表面活性剂。
通过合成策略、分子设计等技术手段， 不断优化和改进表面活性剂的性能， 是未来发展的重要方向。
新型表面活性剂应具备更高的稳定性、 更强的生物相容性和更低的细胞毒性 等优点，以满足在生物医学、环保等 领域的应用需求。
引入功能性基团
表面活性剂分子可以在纳米颗粒表面引入各种功能性基团， 如羧基、氨基等，为后续的修饰和改性提供方便。
03
表面活性剂在制备纳米颗粒中的 具体作用机制
降低表面张力
表面活性剂分子具有两亲性，一端亲 水，另一端疏水，可以有效地降低水 溶液的表面张力。
在制备纳米颗粒的过程中，表面活性 剂的降低表面张力作用有助于减小颗 粒之间的摩擦阻力，使颗粒更容易分 散。
表面活性剂在制备纳米颗粒 所起的作用
• 表面活性剂简介 • 表面活性剂在制备纳米颗粒中的应
用 • 表面活性剂在制备纳米颗粒中的具
体作用机制
• 表面活性剂在制备纳米颗粒中的实 际效果
• 表面活性剂在制备纳米颗粒中的挑 战与前景
• 结论
01
表面活性剂简介
表面活性剂的定义
01
表面活性剂是一种具有亲水性和 亲油性基团的物质，能够降低表 面张力、增加分散性、稳定乳液 和悬浮液等。
表面活性剂的性质
表面活性剂具有较低的临界胶束 浓度（CMC），即在低浓度下 即可显著降低溶液表面张力。
表面活性剂分子在溶液表面形成 单分子膜，具有降低界面张力的 能力，有助于形成稳定的乳液和
表面活性剂在纳米技术中的应用
3.表面活性剂的理化性质与生物性质
▪ 临界胶束浓度
▪ 表面活性剂在溶液中超过一定浓度时会 从单体（单个离子或分子）缔合成为胶态聚 合物，即胶束（或称胶团）。开始形成胶束 的浓度称为临界胶束浓度 (critical micelle concentration) ，用CMC表示。当溶液中 形成胶束后溶液的性质如渗透压、浓度、界 面张力、摩尔电导等都存在突变现象。
4.弯矩效应——弯矩在正胶团体系中的作用。 （弯矩是指各向异性的界面上应力的法向分 量与切向分量之差的第一阶矩。）与表面活 性剂分子的几何构型和荷电特性有关。
论点： 在胶团体系中，负值的表面活性 剂作用形成的溶液界面张力将促使体系形成 大量的微小胶团，而微小胶团的大量形成将 使界面张力上升到一个很小的正值。
了解表面活性剂在界面上的作用可以有 效的解决微粒的合成细化、稳定、表面修 饰和改性等问题。
2.表面活性剂在界面上的吸附 可以用吉布斯公式表示：
通过吉布斯公式可以选择表面活性剂或计算胶 团尺寸。
（1）表面活性剂在气-液界面上的吸附
可以根据上边公式计算出表面吸附 量的值，并从吸附量值计算出表面上每个表 面活性剂分子所占的平均面积。将此面积与 来自分子结构计算出来的分子大小相比较可 判断表面活性剂分子在吸附层中的取向和排 列状态。
第二章 表面活性剂的分类、功 能和作用原理
一、定义与分类
1.表面活性剂 对于某种水溶液，加入少量溶质，溶液表面
张力急剧下降，但达到一定浓度后，随着溶液浓 度增加表面张力值不再变化。加入的这种溶质就 叫表面活性剂。它对水溶液有表面活性。
例：有机酸盐、有机胺盐、磺酸盐、苯磺酸 盐、聚乙烯醚等
2.分类
（2）表面活性剂在油-水界面上的吸附
表面活性剂在纳米材料合成与制备中的应用
２ ＬＢ膜在纳米材料合成与制备中的应用
Ｌ Ｂ 膜 技 术 由 美 国 化 学 家 朗 缪 尔 （Ｉ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ）各 布 洛 吉 特 （Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）发明，其原理是将含相双亲性棒状表面活性分子的有机 溶液滴在水面上，将有机溶剂挥发后，表面上形成由表面活性分子 组成的膜，然后利用放在水面上的可移动的挡板控制表面压，使水 表面活性分子由平躺渐渐直立起来，形成有序排列的单分子模。为 了降低整个体系的自由能，表面活性分子的疏水端尽可能离开水 面，然后再把这层单分子膜转移到固体表面上，就形成ＬＢ膜［４］ 。 ＬＢ膜具有良好的分子层状结构和取向，可作为合成反应的模板。 例如，利用ＬＢ膜诱导进行半导体纳米结构的取向生长，在气一液 界面上可制备有序低维硫化镉纳米晶，无机半导体／功能聚合物复 合的纳米线，半导体Ｔｌ２Ｏ胶３ 体粒子沿聚－Ｎ－乙烯基咔唑（ＰＶＫ）阳离 子链的定向吸附可得到Ｔｌ２Ｏ／３ＰＶＫ纳米阵列多层膜采用ＬＢ膜作为催 化体系将可以得到一些常规无法得到的新型纳米结构材料等。
３ 结语
近来年，高分子表面活性剂在纳米材料合成与制备中的应用也 十分活跃。并且，合成新结构的具有聚合能力的高分子表面活性剂 单体已成为合成纳米结构材料的一个新热点。二十一世纪将是纳米 技术的时代，纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光 学、磁学、化学和生物学纳领域有着广泛的应用前景。纳米材料将 成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息 等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断 发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛 的应用。
在无机纳米粉体与无机粉体或无机材料的复合过程中，常用非 离子表面活性剂进行处理。周琦等研究了阴离子型表面活性剂（十 二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠）和阳离子型表面活性剂（三乙醇 胺）对镍－磷－纳米氧化铝复合镀性能的影响。结果表明：采用阳离 子表面活性剂时所得镀层的纳米粒子复合量较大，镀速快，耐磨性 能好且纳米氧化铝分散较均匀。相比化学镀Ｎｉ－Ｐ和微米Ａｌ２Ｏ３复 合 化学镀Ｎｉ－Ｐ工艺所得镀层，纳米复合镀层具有较高的硬度和较好 的耐磨性［３］。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
哈尔滨工程大学表面活性剂与纳米材料姓名：***Harbin Engineering University Surfactant And Nanometer MaterialsName: Zhang Jin电子邮箱：************************摘要本文简要介绍了表面活性剂在纳米材料制备和应用方面最近的研究进展；总结了表面活性剂在纳米材料制备和应用方面所起的作用，并总结目前提出的表面活性剂对纳米材料的作用机理，同时初步探讨表面活性剂在纳米材料的制备和应用方面的作用机制。
关键词：表面活性剂纳米材料分散剂AbstractThis paper introduced the recently research progress of the surfactant in the preparation and applications of nanomaterials, and summed up the roles of surfactant in the nanomaterials preparation and application, and the mechanism between the surfactant and nanomaterials at present. Preliminary studied the mechanism of action of surfactants in the preparation and application of nanomaterials.Keyword：surfactant; nanometer materials; dispersant 电子邮箱：************************随着纳米科学技术的发展，表面活性剂在纳米材料制备方面应用的越来越广泛。
表面活性剂特殊的双亲结构，通过自组装所形成的聚集体系为化学反应提供了特殊环境，可作为“微反应器”或模板制备出各种结构和形貌的纳米材料；表面活性剂的分散性可以防止纳米颗粒聚集；表面活性剂可以降低表面能，在纳米粒子的稳定存在方面拥有广阔的应用前景。
在不同环境下，选取的表面活性剂不同，表面活性剂所起的作用也不同。
很多情况下，选取何种表面活性剂来控制纳米材料的形貌仍在探索中。
目前，人们在表面活性剂用于纳米材料的制备方面做了一些工作，也取得了部分成绩，但是人们对纳米材料生长机理、表面活性剂在纳米材料制备过程中的反应机理、反应动力学等的认识还不够准确。
相信经过不断探索，表面活性剂在纳米科技中的应用将会更加广阔。
下面将介绍表面活性剂在纳米材料制备中起的作用.1. 表面活性剂在制备纳米材料中的作用自从Boutonnet等首次用微乳相法制备出Pt, Pd, Rh, Zr等单分散金属纳米颗粒以来，微乳相制备无机纳米颗粒得到极大发展，近三十年来已经利用微乳相制备了许多的纳米颗粒，主要包括金属纳米颗粒，金属卤化物纳米颗粒，金属硫化物纳米颗粒，金属氧化物纳米颗粒，金属碳酸盐纳米颗粒，纳米磁性材料等。
在制备过程中，表面活性剂主要用来形成微乳相体系，按照表面活性剂所起的作用分为稳定剂，分散剂，模板剂。
1.1稳定剂在制备纳米材料的过程中，表面活性剂的一个主要作用是用作稳定剂。
四川攀枝花学院材料工程系的王海波[1]采用在沉淀法制备羟基磷灰石（HAP）试验中加入PEG的方法，制的了纳米HAP 粉体。
通过加入PEG表面活性剂的方法防止羟基磷灰石的团聚从而制取到纳米HAP粉体。
刘小鹤[2]等利用聚乙二醇和聚丙烯酸为稳定剂合成了 Si0微粉，并且证明以聚乙二醇（PEG）为稳定剂2的情况下其稳定最好。
图1 表面活性剂的空间位阻稳定机制（图来源于王海波《表面活性剂在纳米材料制备中的应用》）目前，人们通过大量的试验，验证了表面活性剂在纳米材料的制备中具有良好的稳定作用。
由于纳米粒子具有较高的比表面积，表面能较高，为了降低表面能，纳米粒子具有自发团聚的现象，这种现象使得人们不易制备纳米粒子。
为了解决这一问题，人们在制备纳米粒子的过程中，通过加入表面活性剂作为稳定剂，从而使得纳米粒子不在聚集在一起，形成稳定的纳米溶胶或者是纳米粉体，有效的解决了纳米粒子的团聚问题。
1.2分散剂在制备纳米材料的方法中有一种方法是机械球磨法。
在这种方法中一般都要加入表面活性剂以改善球磨效果，得到更细的纳米粉末。
表面活性剂在这种方法中主要起到分散剂的作用。
谭伟等以十二烷基苯磺酸钠、OP一10和吐温80作为氧化铝粉末中的球磨助剂，球磨助剂通过分散、润滑、劈裂等作用强化了球磨效果，缩短了球磨时间，并制的分散效果更好的纳米粉体。
[3]许育东等在对TiN粉体系进行超声分散时加入了不同的表面活性剂，分散效果明显。
[4] 除此而外表面活性剂在溶胶—凝胶法制备纳米材料和微乳液法制备纳米材料中都起到一定的分散剂的作用。
用表面活性剂作为分散剂，能够得到较好的分散体系。
由较大的颗粒制备纳米粒子时，通常需要把粒子打碎到纳米级别的大小。
而由于纳米粒子具有的自发团聚现象，通常当研磨到一定程度时，团聚跟粉碎作用达到了动态的平衡，颗粒就不可能被粉碎的更细小。
而表面活性剂的加入却能够在一定程度上打破这种平衡，使得可以研磨得到更细小的颗粒，从而制得纳米级别的粒子，甚至更加细小的飞晶。
表面活性剂的这种特性使得它在通过机械研磨作用制备纳米材料的方面得到极大的发展，前景十分看好。
电子邮箱：************************1.3模板剂用表面活性剂作为模板剂合成特定形状的纳米材料正在得到广泛的应用。
目前，青岛科技大学的周晓东，傅洵合成两种咪唑啉型双子表面活性剂二（2-11（十七）烷基-1-甲酰胺乙基咪唑啉）己二胺季铵盐。
（SUANEIHDI,SHAEIHDI）并将其运用于制备纳米ZnSe，初步探讨了此表面活性剂的作用机制，得出该双子型表面活性剂对纳米材料具有良好的形貌控制作用和表面修饰作用[5]。
Ma X Y用表面活性剂辅助法制备BiS纳米棒[6]。
徐建[7]用水热法2以硝酸银制备银纳米线中，就以Gemini表面活性剂为模板剂制的了银纳米线。
大量文献表明，表面活性剂辅助纳米材料生长可归为2类。
第1类是常温辅助合成多形态纳米材料，在一定温度下(一般不超过20℃)，利用表面活性剂有序聚集体微环境作为模板辅助合成不同形貌的纳米材料，所得纳米材料不经高温锻烧在一定温度下干燥即可获得最终产品，该方法节省能源且操作简便，在纳米材料制备中有极好的应用前景。
第2类就是高温辅助多形态纳米材料，在合成纳米材料的过程中加人表面活性剂，通过各种方法合成纳米材料的前驱体，一般为吸附或掺杂有表面活性剂的杂相颗粒，这些颗粒再经高温锻烧，结晶、生长获得不同形貌的纳米材料。
在这个生长过程，可能受到表面活性剂的影响而使最终产品的形貌具有多样性。
表面活性剂作为模板剂的应用研究目前仍处于起步阶段，不过前景光明。
图2 表面活性剂SUANEIHDI,SHAEIHDI的结构简式（图引于周晓东等的《咪唑啉表面活性剂的合成及应用于制备ZnSe纳米材料》）图3 表面活性剂SUANEIHDI,SHAEIHDI的红外谱图（图引于周晓东等的《咪唑啉表面活性剂的合成及应用于制备ZnSe纳米材料》）由于表面活性剂特殊的结构，使得它可以用作纳米材料的模板剂，得到人们需要的特殊结构的纳米材料。
在制备纳米材料过程中，人们通常希望得到自己想要的结构，比如纳米线，纳米管，雪花状纳米粒子等。
而这种纳米结构以及表面形状的控制目前还没有什么可靠的办法，人们只是在实验中摸索的一些规律，比如加入某些表面活性剂通常会得到线形的纳米粒子，而加入另一些表面活性剂在特定条件下又会形成球形纳米粒子等。
目前，就表面活性剂在制备纳米粒子过程中起的作用提出了一些假说，事实上其具体的机理我们并不清楚，还需要进一步的研究和探索。
综上，表面活性剂在纳米材料制备中被广泛的用作分散剂，稳定剂，和模板剂。
表面活性剂的这种作用并不是单独的，通常在制备纳米材料中表面活性剂的作用往往是几种作用的综合。
比[8]时表面活性剂就起到分散剂如，在凝胶—溶胶法制备纳米SiO2和模板剂的作用。
表面活性剂其特殊的结构使得它在纳米材料的制备中具有不可替代的作用。
2. 表面活性剂在纳米材料应用方面的作用纳米材料指的是构成材料的结构单元尺度是纳米尺度(米的十亿分之一)。
由于纳米颗粒具有极小的尺寸(粒径1～1 0 0n m)，其物质的性能发生突变，产生了常规颗粒所不具备的效应：①小尺寸效应(体积效应)；②量子尺寸效应；③宏观量子隧道效应；电子邮箱：************************④表面效应。
正是纳米颗粒的这些特殊效应导致的异常吸附能力、化学反应能力、光催化性能等，使得它在材料、医学、生物工程及环境保护等方面有着广阔的应用。
纳米粒子的高表面能和具有的自发团聚特性，极易形成二次粒子，使粒径变大，失去纳米材料所具备的功能。
因此，在制备和应用纳米材料过程中，如何克服微粒团聚现象无疑是保持其性能的关键。
而表面活性剂正好可以有效的解决这一问题。
既能保持纳米粒子的特性，又可以阻止二次粒子的形成。
表面活性剂在纳米材料应用中的作用主要是稳定已经形成的纳米粒子。
表面活性剂吸附于纳米粒子表面，降低纳米粒子的表面能，使得纳米粒子不易团聚。
然而由于表面活性剂吸附于纳米粒子表面，会影响纳米材料的一些功能，实际中存在着如何解吸用于陶瓷表面时，当在陶瓷表面得的问题。
比如，在将纳米TiO2到覆盖均匀的纳米TiO时，然后通过高温灼烧除去表面活性剂，2并得到纳米二氧化钛的高温烧结覆膜。
其次在某些应用中将表面活性剂和纳米粒子采用复配技术，配制成溶胶一起应用。
3. 表面活性剂作用机理目前人们通过表面活性剂—水—油三元体系相图来解释表面活性剂的作用机理。
完整的相图的绘制还存在困难，如图3-1是一个典型的表面活性剂—水—油三元体系相图示意图。
此图可以用来说明表面活性剂在液相中的各种行为，由此相图可以确定表面活性剂在何种条件下可以用来合成纳米材料，并可由纳米材料合成的条件确定表面活性剂在合成过程中的作用，初步判断作用机理。
3.1胶团作用机理表面活性剂在水溶液中的浓度超过临界胶束浓度时聚集形成胶团，胶团的排列方式是亲油基向里亲水基向外，这使其具有非极性内核。
然而非极性内核不溶于极性的无机溶液，因而在胶团介质中制备纳米粒子的研究不如反胶团多，且较多的是阳离子表面活性剂体系。
Guo等在阳离子表面活性剂十六烷基三甲基澳化胺(CTAB)辅助下，利用水热法成功制备了SnO2纳米棒。
如果没有表面活性剂存在时只得到颗粒状晶体，说明了表面活性剂在形成棒状纳米材料的过程中起到了关键作用。
CTAB的临界胶束浓度为0.92 mmoL /L，而在该反应中CTAB浓度达到20mmoL /L，远超过其临界胶束浓度。