纳米材料表面修饰的研究进展
纳米尺度下材料表面效应研究及其应用展望
纳米尺度下材料表面效应研究及其应用展望随着纳米科技的发展，研究纳米尺度下材料表面效应的意义变得越来越重要。
在纳米尺度下，材料的表面积和体积之比变得非常大，表面效应也变得更加显著。
本文将探讨纳米尺度下材料表面效应的研究进展和应用展望。
一、材料表面效应的定义和特点材料表面效应是指材料表面与体积之间的相互作用产生的物理和化学效应。
在微观尺度下，材料表面与体积之间的作用力对于材料的性质和行为具有重要影响。
例如，纳米尺度下的金属颗粒在表面积和体积之间的比例很高，因此表面效应对于颗粒的稳定性、形态和反应活性产生重要影响。
表面效应还可以影响材料的力学性能、光电性能和热学性能等方面。
例如，在纳米尺度下，材料的强度和韧性可能因表面效应而提高或降低。
此外，材料的光电性能、电子传输性能和热传输性能等方面也可能在表面效应下发生变化。
二、纳米尺度下材料表面效应的研究进展随着纳米科技的迅速发展，越来越多的研究开始关注纳米尺度下材料表面效应的影响。
这些研究包括理论计算、实验分析和应用探索等方面。
理论计算方面，许多研究通过原子模拟或量子力学计算等方法，探讨了表面效应对材料性能的影响。
例如，一些研究通过模拟计算发现，纳米晶的表面能对其形态和生长产生重要影响。
另一些研究则探讨了表面能与强度、热稳定性等因素的关系，并提出了相应的理论模型。
实验方面，研究人员也通过各种手段来研究表面效应对材料的影响。
例如，透射电子显微镜可以直接观察材料表面和界面的结构和性质。
同时，一些表面分析技术如X射线光电子能谱法和扫描电子显微镜也可以研究表面成分和结构等方面的问题。
应用方面，研究人员正在探索表面效应在纳米材料合成、催化反应、能源转换等领域的潜在应用。
例如，表面修饰技术可以改善催化剂的稳定性和活性，提高反应效率。
另一方面，表面改性也可以提高太阳能电池的效率和稳定性。
三、纳米尺度下材料表面效应的应用展望随着纳米科技应用的不断扩大，纳米材料的制备、催化反应、生物医学、能源转换等领域的应用也越来越广泛。
纳米材料表面修饰方法与实践
纳米材料表面修饰方法与实践纳米材料在近年来的发展中得到了广泛的关注和应用。
由于其独特的物理、化学特性以及表面效应的增强，纳米材料被广泛应用于能源、环境、医学等领域。
然而，纳米材料表面的特殊性质也使得其在应用过程中面临一系列的挑战，如表面活性不足、团聚现象、化学不稳定性等。
为了克服这些问题，表面修饰成为了一个必不可少的步骤。
纳米材料表面修饰的目的是在纳米材料表面引入不同的化学基团或结构，以改变其表面性质，提高其稳定性和功能性。
下面将介绍几种常见的纳米材料表面修饰方法与实践。
1. 化学修饰法化学修饰法是最常见的纳米材料表面修饰方法之一。
通过在纳米材料表面引入化学键，可以实现对表面性质的调控，如改善分散性、增强稳定性、提高反应活性等。
其中，有机修饰物和无机修饰物是常用的表面修饰剂。
有机修饰物可通过选择不同的官能团和链长，实现对纳米材料表面性质的调控。
而无机修饰物则可利用其不同的结构和电荷性质与纳米材料表面发生作用，从而实现表面性质的改变。
2. 生物修饰法生物修饰法是一种绿色环保的表面修饰方法。
通过利用生物分子与纳米材料之间的相互作用，可以将生物分子定向地固定在纳米材料表面，从而实现表面性质的调节。
例如，利用酶的特异性识别和结合能力，可以将酶固定在纳米材料表面，从而实现对反应活性和选择性的调控。
此外，利用抗体与纳米材料的特异性结合，还可以实现对纳米材料的生物分子识别和靶向控制释放。
3. 物理修饰法物理修饰法是一种非常简单和有效的纳米材料表面修饰方法。
该方法不需要引入新的化学基团或结构，而是通过物理手段改变纳米材料表面的形貌或结构。
常用的物理修饰方法包括高温热处理、光照、等离子体处理等。
例如，高温热处理可以改变纳米材料的晶体结构、尺寸和形貌，从而改变其物理和化学性质。
光照能够引发表面吸附物分子的解吸或变形，实现表面性能的调节。
等离子体处理则可以通过激发纳米材料表面的等离子体振荡，实现界面捕获和激发，从而实现对纳米材料表面的修饰。
表面科学研究的前沿进展
表面科学研究的前沿进展作为现代科技的重要一环，表面科学在现代材料学、能源化学、环境科学等领域中都有广泛的应用，涉及到许多行业和领域。
本文将从表面纳米科学、表面反应动力学、表面电化学、表面物理学等角度探讨表面科学研究的前沿进展。
表面纳米科学表面纳米科学是表面科学领域的重要分支之一，它涉及到纳米级别下的表面物理、化学以及电子结构等方面，具有高度的学科交叉性。
在表面纳米科学方面，国内外的研究者们在功能材料、催化剂以及纳米器件等方面取得了重要的进展。
例如，利用铂纳米颗粒修饰的氧化铝载体，能够有效催化苯胺的氧化反应，其催化效率远高于传统催化剂。
另外，表面纳米科学还包括表面增强拉曼散射技术。
利用金属纳米结构能够将分子吸附在其表面上，形成一个增强的电场区域，从而增强了分子振动光谱的强度。
通过这种方式，科学家们可以通过对表面增强拉曼散射技术的研究，有效地探测分子的结构与行为，为材料研究提供了先进的手段。
表面反应动力学表面反应动力学是研究表面成分分布以及表面化学反应机理和动力学的学科。
在表面反应动力学领域中，主要涉及到化学吸附、表面扩散、表面反应等方面，其研究成果对于深入了解化学反应机制，促进催化剂的设计以及探究物质表面性质和表面结构等都具有重要的意义。
目前，国内外的研究者们在该领域已经取得了重要的进展。
例如，利用表面反应动力学基础理论和计算方法，研究者们成功地探究了钴金合金催化酸氧化反应的机理，提出了酸处理过的钴金合金更具有活性等结论。
表面电化学表面电化学是表面科学领域重要的研究方向之一。
它主要涉及到电化学过程的理论、机制、方法与材料。
在表面电化学研究中，主要包括表面电荷分布、表面电位与电子结构、表面氧化还原反应等方面。
在表面电化学领域，广泛应用于能源转换、催化剂、生物传感等领域。
例如，在太阳能电池领域，利用表面电化学技术，国内外学者们针对纳米级别的界面结构、电荷分布和界面催化等方面进行深入研究，为太阳能电池的研究和应用提供了重要的理论基础。
纳米粒子的表面修饰与功能化研究
纳米粒子的表面修饰与功能化研究纳米粒子，是由数百至数千个原子组成的微型颗粒，具有小尺寸、高比表面积、独特的光学、电学、磁学等性质。
在材料科学、生物医学、环境工程等领域有着广泛的应用，如制备催化剂、生物传感器、智能药物等，但是表面修饰和功能化研究是纳米粒子应用中最为重要的研究方向之一。
一. 纳米粒子表面修饰方法纳米粒子表面修饰是将化学、物理或生物学方法作用于纳米颗粒表面，使其具有特定的表面形态、化学组成和表面电荷等特性。
1. 化学修饰法化学修饰法主要包括原位修饰、后基修饰和配体交换修饰三种。
原位修饰是将功能基固定在粒子生成的过程中，以控制粒子表面化学性质和形态结构。
后基修饰是将粒子先制备好，然后进行表面修饰化学反应。
配体交换修饰是通过抑制表面原有配体的离解，而用新的配体更换原有配体。
2. 物理修饰法物理修饰法主要包括微乳液化学途径和自组装途径。
微乳液化学途径是通过油相中的乳化剂构筑纳米粒子表面化学结构，形成粒子稳定的把势场。
自组装途径是通过物理原理控制粒子的自组装，从而使粒子表面具有所需的物理、化学和生物学特性。
3. 生物修饰法生物修饰法是将生物分子定向固定在粒子表面，通过细胞膜表面接触或膜蛋白的定向结合，发挥其传感、药物递送、诊断、免疫分析等应用，具有高特异性和低毒副作用等优点。
二. 纳米粒子功能化方法纳米粒子的功能化是在表面修饰的基础上，进一步实现对纳米粒子的目标特性进行调控的过程，如具有特定的光学、生物学、磁学等特性，发挥其催化、诊断、治疗等应用。
现有的方法主要有以下几种。
1. 药物功能化药物功能化是通过修饰纳米粒子表面来实现药物的可控释放、靶向治疗、增强生物利用度等功能，已成为纳米医学领域中的研究热点之一。
药物功能化主要包括物理吸附、电化学沉积、原位化学反应等方法。
2. 传感功能化传感功能化是通过将传感分子锚定在纳米粒子上，实现对外部环境的检测和识别，可广泛应用于食品卫生、环境监测、疾病诊断等领域。
纳米涂层技术的研究及应用
纳米涂层技术的研究及应用在当今的现代社会，纳米科技是一个备受瞩目的领域，它涵盖了物理学、化学、材料科学、生物学等多个学科，广泛应用于生物、环境、电子、通讯、医疗等诸多领域。
而纳米涂层技术作为纳米科技的重要分支，不仅在产品的性能和质量上有了突破性的进展，也为未来的科技发展带来了无限可能。
一、纳米涂层技术的定义及分类纳米涂层技术是指以纳米粒子为原料，通过化学、物理方法在表面形成一层薄膜的技术。
它不仅能在产品表面形成密闭的防护层，而且能保持好的光滑度、透明度、导电性和导热性等。
根据涂层的材料和用途等方面的不同，纳米涂层技术可以分为以下几类：1. 金属纳米涂层技术金属纳米涂层技术是指将金属纳米粒子应用于涂层中，形成具有金属纳米结构的表面修饰技术。
这种技术可以制造出很多新材料，如金属黏着剂、导电、光学薄膜以及各种材料的防腐蚀层等。
2. 无机纳米涂层技术无机纳米涂层技术是指以无机纳米粒子为主要原料，通过特殊工艺加工成涂料，赋予其他材料附加的特性的技术。
在防火、耐磨、防腐、防污等诸多方面得到了广泛的应用。
3. 有机纳米涂层技术有机纳米涂层技术是指以有机材料的纳米粒子为主要原料，制备出一种紧密而完整的有机薄膜的技术。
这种技术可以制备出各种具有高防护性、高透明度、耐酸碱、遮光、耐水的薄膜，如塑料、橡胶、纸张等各种材料的防护层。
二、纳米涂层技术应用领域1. 汽车制造业在汽车制造业中应用纳米涂层技术能够加强汽车表面的硬度、降低密度、增强耐蚀性，提高涂层的附着力和粘合力。
同时，在减少外观漆膜厚度的情况下，能够提升光泽度、降低摩擦损失、提高车身质量，从而提高了汽车的耐用性和市场竞争力。
2. 电子工业在电子制造领域，纳米涂层技术可以应用于电子元器件、液晶显示器及其他电器制造领域中，使电子产品具有防水、防油污、防磨损、防氧化等特性，同时也可以降低产品能量消耗、提高机械精度及可靠性等方面的指标。
3. 航空航天领域在航空航天领域，纳米涂层技术是一项极其重要的技术，可以有效地提高飞机表面的耐腐蚀、耐磨损性能，从而可以减少飞行过程中的机械损耗，增强机体的防腐能力和强度，为飞机的空气动力性能和机体气动设计做出了重要贡献。
上转换发光纳米粒子表面修饰及应用研究进展
上转换发光纳米粒子表面修饰及应用研究进展梁紫璐;毕水莲;罗永文;王宗源【摘要】Because of upconversion fluorescent nanoparticles technology which is the fast, accurate and effi-cient detection of the harmful factors in the food, it has become a hot spot of food inspection detection technolo-gy. The surface modification and preparation methods of the upconverting nanoparticles have become the key to the application of the technology in food inspection. This paper reviewed synthesis method and the surface modi-fication of the upconverting nanoparticles, and the application of the surface modification of the upconverting nanoparticles in food inspection.%由于上转换发光纳米技术能够快速、准确、高效的检测食品中的危害因素,因此成为了食品安全检测技术研究的热点.上转换发光纳米粒子的合成与表面修饰是上转换发光纳米技术在食品安全检测中运用的关键.因此介绍上转换发光纳米粒子的合成方法和表面修饰,以及在食品安全检测中上转换发光纳米材料表面修饰的应用情况.【期刊名称】《食品研究与开发》【年(卷),期】2017(038)019【总页数】5页(P216-220)【关键词】上转换发光纳米技术;上转换发光纳米粒子;表面修饰;食品安全检测【作者】梁紫璐;毕水莲;罗永文;王宗源【作者单位】广东药科大学食品科学学院,广东中山528458;广东药科大学公共卫生学院,广东广州510006;广东药科大学食品科学学院,广东中山528458;华南农业大学兽医学院,广东广州510642;广东药科大学食品科学学院,广东中山528458【正文语种】中文Abstract：Because of upconversion fluorescent nanoparticles technology which is the fast，accurate and efficient detection of the harmful factors in the food，it has become a hot spot of food inspection detection technology.The surface modification and preparation methods of the upconverting nanoparticles have become the key to the application of the technology in food inspection.This paper reviewed synthesis method and the surface modification of the upconverting nanoparticles，and the application of the surface modification of the upconverting nanoparticlesin food inspection.Key words：upconversion fluorescent nanoparticles technology；upconverting nanoparticles； surface modification；food inspection上转换发光纳米材料（Upconverting Nanoparticles，UCNPs）是将长波长激发光转换成短波长发射光的新型荧光探针材料，具有独特的发光性质和良好的化学稳定性。
生物材料的表面和界面改性研究进展
生物材料的表面和界面改性研究进展引言：生物材料的表面和界面改性是一项重要的研究领域，涉及到生物医学工程、组织工程、药物传递系统等多个领域。
通过改变材料的表面性质和界面特性，可以实现生物材料的生物相容性、机械性能和药物传递性能的改善。
本文将介绍生物材料表面和界面改性的研究进展，包括表面修饰技术、生物相容性改善、界面相互作用等方面的内容。
一、表面修饰技术的发展表面修饰技术是改变材料表面性质的关键手段，其发展对于生物材料的应用和性能提升至关重要。
目前，包括物理方法、化学方法和生物方法等多种表面修饰技术被广泛应用于生物材料的改性。
1. 物理方法物理方法是通过改变表面形貌和结构来实现材料性能的调控。
常见的物理方法包括沉积薄膜、等离子体处理、溶液喷雾等。
例如，利用磁控溅射技术可以在材料表面形成一层均匀的薄膜，改变表面的化学反应性，提高材料的生物相容性和耐磨性。
2. 化学方法化学方法是通过表面化学反应来改变材料的表面性质。
其中，最常见的化学方法是控制材料表面的化学组成和功能团的引入。
例如，通过溶液法或气相法在材料表面修饰一层功能化分子，可以增强材料的生物相容性或控制材料的附着行为。
3. 生物方法生物方法是利用生物分子的特异性识别和作用来实现材料的表面修饰。
生物方法基于生物分子与材料表面之间的特异性相互作用，可以制备具有特定生物活性和生物识别特性的材料。
例如，利用抗体与特定抗原的配对作用，可以在材料表面制备具有高度选择性的生物传感器。
二、生物相容性改善的研究进展生物相容性是生物材料在生物体内具有良好的生物适应性和稳定性的能力。
通过表面和界面的改性可以改善材料的生物相容性，降低材料在体内引起的炎症反应和排异反应。
1. 表面形貌对生物相容性的影响表面形貌是材料表面粗糙度和微观结构的表征。
研究表明，改变材料的表面形貌可以影响细胞黏附、增殖和分化等过程，进而影响生物材料的生物相容性。
例如，通过控制材料表面的纳米结构，可以实现细胞的定向分化和组织再生。
磁性纳米颗粒表面功能化修饰及其在污水处理中的应用进展
随着社会经济的发展,资源被大量消耗,环境污染问题日益严峻,其中水体污染问题尤为突出。
水体中的主要污染物包括重金属离子、难降解有机染料、农药、抗生素等。
如何低成本、高效率地处理水体中的污染物已成为近年来的研究热点。
磁性纳米颗粒（MagnetiCNanoPartideS,MNPs）是一种具有超顺磁性的无机纳米材料,包括单相金属（如Fe.Co和Ni）及其合金纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒（如FeQJ以及稀土永磁纳米颗粒等。
磁性纳米颗粒具有小尺寸效应、高比表面积、高表面能和高磁响应等特性,在环境工程、医学工程、工业催化、生物技术、电池材料等领域有着巨大的应用前景,而其在污水处理方面的应用也受到了学者的广泛关注。
但磁性纳米颗粒本身具有易团聚、易氧化等缺陷,因此需对颗粒表面进行功能化改性。
本文对MNPs表面功能化修饰及其在污水处理中的应用进展进行了综述,并在此基础上对该领域未来的研究方向进行了展望。
1磁性纳米吸附材料的表面功能化研究进展单一的磁性纳米颗粒因比表面积大,极易发生团聚,严重影响了其稳定性和分散性,也大幅降低了其性能,因此通过对纳米颗粒表面接枝或包覆功能化物质以改善其性能很有意义。
一方面,能有效阻止磁性纳米颗粒团聚、腐蚀及氧化;另一方面能在一定程度上提高复合材料的吸附性能,能够高效吸附污染水体中的重金属离子、难降解有机污染物、无机污染物等,同时在外部磁场作用下将污染物与水分离,通过脱附手段达到资源循环利用的目的。
磁性纳米颗粒表面的功能化材料主要包括有机功能材料和无机功能材料两种类型。
1.1有机功能材料的表面包覆与修饰对磁性纳米颗粒进行表面功能化修饰的有机化合物主要包括有机小分子基团修饰和有机高分子聚合物包覆两种类型。
有机小分子基团包覆修饰形成的功能化纳米颗粒具有较高的分散性、水溶性及生物相容性等优点,按照官能团的类型可将其分为氨基功能化磁性纳米颗粒、竣基功能化磁性纳米颗粒以及筑基功能化磁性纳米颗粒。
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*国家自然科学基金资助(50372006;20273007)崔黎黎:女,1981年生,硕士研究生,主要从事上转换发光材料及其表面修饰的研究 T el:010 ******** E mail:vicki ycsse@126.co m纳米材料表面修饰的研究进展*崔黎黎,范慧俐,肖军平,杨 敏(北京科技大学应用科学学院化学系,北京100083)摘要 通过材料的表面修饰与包覆以改善材料的表面性质乃至改变材料的相结构和性质,已经成为纳米材料制备和应用的关键技术。
综述了近年来纳米微粒表面修饰的研究进展,并对纳米微粒表面改性的各种方法原理及其特点进行了归纳和分析。
关键词 纳米材料 表面修饰 进展Research Progress on Surface modification of NanoparticlesCUI Lili,FAN Huili,XIAO Junping,YANG M in(Department of Chemistry ,Schoo l of A pplied Science U niver sity o f Science and T echnolo g y Beijing,Beijing 100083)Abstract Surface coating and mo dification o f mater icals for the impro vement of the disper sion pro per ty andsur face pro per ties,o r fo r the modification of the structur e of mater icals have being beco me the crit ical technique in the pr epar atio n and applications o f nanoparticles.T he r ecent research pro gr ess of sur face mo dification of nanopart icles is re v iew ed in this paper.T he metho ds of sur face mo dification as w ell as their features and pr inciples are intro duced and an alyzed.Key words nanoparticles,surface modificatio n,prog ress0 引言由于纳米粒子具有许多特殊的性质[1],人们对纳米材料的研究表现出极大的热情,先后合成出多种功能先进、性能突出的纳米及纳米复合材料。
因为纳米粒子具有特殊的表面性质,要获得稳定而不团聚的纳米粒子,必须在制备或分散纳米粒子的过程中对其进行表面修饰。
表面修饰对于纳米粒子的制备、改性和保存都具有非常重要的作用。
纳米粒子的表面修饰技术是一门新兴学科,20世纪90年代中期,国际材料会议提出了纳米粒子的表面修饰工程新概念,即用物理或化学方法改变纳米粒子表面的结构和状态,赋予粒子新的机能,并使其物性(如粒度、流动性、电气特性等)得到改善,实现人们对纳米粒子表面的控制[2]。
近年来,纳米粒子的表面修饰研究非常活跃。
1 纳米粒子表面修饰研究的内容及目的1.1 纳米粒子表面修饰研究的内容纳米粒子的表面修饰研究主要包括3个方面:(1)研究纳米粒子的表面特性,以便有针对性地对其改性;(2)利用上述结果对粒子的表面特性进行分析评估;(3)确定表面修饰剂的类型及处理工艺。
1.2 纳米粒子表面修饰的目的修饰纳米粒子的表面,可以保护纳米粒子,改善粒子的分散性[3];提高纳米粒子的表面活性;改变纳米粒子表面状态;改善纳米粒子与分散介质之间的相容性;为纳米材料的自组装奠定基础。
纳米粒子经表面改性后,其吸附、润湿、分散等一系列表面性质都随之变化,有利于颗粒保存、运输及使用。
纳米粒子经修饰以后,表面形成一层有机包覆层。
包覆层的极性端吸附在颗粒的表面,非极性长链则指向溶剂,在一定条件下,有机链的非极性端结合在一起,形成规则排布的二维结构。
如经有机分子修饰的CdT e 颗粒可自组装[4]来制备发光CdT e 纳米线。
采用这种方式还成功获得了银、硫化银等的二维自组装结构的纳米材料[4]。
2 纳米粒子的表面修饰方法2.1 表面物理修饰法即通过吸附、涂敷、包覆等物理手段对微粒表面进行改性,如表面吸附和表面沉积法。
(1)表面吸附 通过范德华力将异质材料吸附在纳米粒子的表面,以防止纳米粒子的团聚。
如用表面活性剂修饰纳米粒子,表面活性剂分子就能在颗粒表面形成一层分子膜,阻碍了颗粒之间的相互接触,增大了颗粒之间的距离,避免了架桥羟基和真正化学键的形成。
表面活性剂还可降低表面张力,减少毛细管的吸附力。
加入高分子表面活性剂还可以起到一定的空间位阻作用。
周迟骏等[5]采用这种表面吸附的方法以阴离子表面活性剂对FeO(OH )胶粒表面修饰,将动态膜的成膜时间从6~8h 减少至1~2h 。
(2)表面沉积 将1种物质沉积到纳米粒子表面,形成与颗粒表面无化学结合的异质包覆层。
利用溶胶可实现对无机5 纳米材料表面修饰的研究进展/崔黎黎等纳米粒子的包覆,改善纳米粒子的性能。
如将ZnFeO3纳米粒子放入T iO2溶液中,T iO2溶胶沉积到ZnFeO3纳米粒子表面形成包覆层,其光催化效率将大大提高。
用Cu+、Ag+对纳米T iO2粒子表面进行修饰,明显提高其杀菌效能。
2.2 表面化学修饰法表面化学修饰是纳米粒子表面原子与修饰剂分子发生化学反应,改变其表面结构和状态的方法,是纳米粒子分散、复合等的重要手段。
(1)酯化反应法 酯化试剂与纳米粒子表面原子反应,原来亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面,适用于表面为弱酸性或中性的纳米粒子,如SiO2、F e2O3、T iO2等的改性。
(2)偶联剂法 偶联剂是一种同时具有与无机物和有机物分别反应的功能基团的化合物,其分子量不大[6]。
偶联剂分子一般具备两种基团,一种能与无机纳米粒子表面进行化学反应,另一种能与有机物反应或相容。
将纳米粒子表面经偶联剂处理可使其与有机物具有很好的相容性。
硅烷偶联剂是常见的偶联剂之一,修饰表面具有羟基的无机纳米粒子非常有效[7]。
闰明涛等[12]利用正硅酸乙酯作为偶联剂,在室温条件下的碱性介质中对合成的介孔分子筛成功地进行了有机官能团表面修饰。
采用表面化学修饰成功地制备出Ag SiO2核 壳纳米粒子,并发现SiO2包裹壳层形状随其厚度而改变,包裹初期SiO2壳层依托银核的形状生长,随着壳层厚度的增加则趋于热力学稳定的球状[8]。
(3)表面接枝改性法 表面接枝改性法分为:!偶联接枝法 纳米粒子表面官能团与高分子直接反应实现接枝。
∀聚合生长接枝法 单体在纳米粒子表面聚合生长,形成对纳米粒子的包覆。
#聚合与接枝同步法 单体在聚合的同时被纳米粒子表面强自由基捕获,形成高分子链与纳米粒子表面的化学连接。
表面接枝改性充分发挥了无机纳米粒子与高分子各自的优点,可实现功能材料的优化设计。
此外,纳米粒子表面接枝后,大大提高了其在有机溶剂和高分子中的分散性,可制备高纳米粉含量、高均匀分布的复合材料。
2.3 其他方法除上述3种传统方法之外,表面修饰也可以采用其他的一些方法进行。
(1)气相沉积法气相沉积法主要包括气相化学沉积法和雾化液滴沉积法,均是利用过饱和体系中的改性剂在颗粒表面聚集而形成对颗粒的包覆[9]。
气相化学沉积法是通过气相中的化学反应生成改性杂质分子或微核,在颗粒表面沉积或与颗粒表面分子化学键合,形成均匀致密的薄膜包覆。
雾化液滴沉积法是将改性剂通过雾化喷嘴产生微细液滴,液滴分散于颗粒表面,经过热空气或冷空气的流化作用,溶质或熔融液在颗粒表面沉积或凝集结晶形成表面包覆。
(2)超临界流体快速膨胀法流体在超临界状态下具有气相的高扩散系数和液相的强溶解能力的特点。
超临界流体快速膨胀包覆法[10]是利用超临界流体在流化床的快速膨胀,使改性微核在颗粒表面形成均匀的薄膜包覆。
超临界流体在快速膨胀过程中,超临界相向气相的快速转变引发流体温度、压力的急剧降低,从而导致溶质在超临界溶剂中溶解度的急剧变化,在高频湍动的膨胀射流场中瞬间均匀析出溶质微核。
膨胀气流载带这些均匀微核与流化床中的颗粒碰撞,产生均匀接触,从而在细颗粒表面形成均匀包覆。
通过控制膨胀前温度、包覆时间达到控制释放,从而控制包覆致密度与包覆厚度。
由于超临界流体快速膨胀后的溶剂与溶质颗粒容易快速彻底分离,不会对产品产生任何污染。
王亭杰等[11]将含有石蜡(用作改性剂)的超临界二氧化碳流体通过微细喷嘴快速膨胀到装有细颗粒的流化床中,膨胀射流中所产生的微核在细颗粒表面均匀淀积,从而形成细颗粒表面的薄膜包覆。
(3)沉淀法沉淀法通过向溶液中加入沉淀剂(如氨水)或引发体系中沉淀剂的生成(如脲素的热解反应),使改性离子发生沉淀反应,在颗粒表面析出,对颗粒进行包覆。
调节体系温度、蒸发溶剂等物理方法可用来增大沉淀生成物的过饱和度,体系pH值的改变可控制金属离子的水解反应,进行沉淀包覆。
沉淀法包覆的关键在于控制溶液中的离子浓度以及沉淀剂的释放速度和剂量,使反应生成的改性剂(或其前驱物)在体系中既有一定的过饱和度,又不超过临界饱和浓度,从而以被包覆颗粒为核沉淀析出[9],否则导致大量沉淀物的生成,而不是均匀包覆于颗粒表面。
依据沉淀方式的不同可以分为:直接沉淀法、共沉淀法、水解法、水热法、均相沉淀法等。
直接沉淀法通过溶液中离子的沉淀反应直接生成包覆物。
共沉淀法通过控制沉淀反应,使溶液中多种金属离子以一定的组成和顺序在被包覆颗粒表面沉淀析出。
水解法调节体系pH值,控制离子水解生成沉淀包覆物。
水热法借助于水热条件下被改性颗粒表面的高活性,在表面沉积某些常温常压下难以与颗粒形成牢固致密包覆的改性剂。
均相沉淀法改善了沉淀剂直接加入导致包覆不均匀的缺点,引发体系中的化学反应生成沉淀剂,通过化学反应条件的调节控制沉淀剂的释放速度,避免局部沉淀剂浓度的不均匀,从而有利于颗粒均匀致密的包覆。
如将脲素溶入水中,将水溶液加热到70∃左右,尿素就发生如下水解反应:(N H2)2CO+3H2O%2N H4OH+CO2在溶液中生成沉淀剂N H4OH,参与沉淀包覆反应。
沉淀法可以便捷地控制体系中金属离子浓度以及沉淀剂的释放速度和剂量,特别适合对超细材料进行无机改性剂包覆。
该方法已经引起材料工作者的极大兴趣。
文献[11]就是利用沉淀法得到了碱性碳酸钇对Ce Z rO2的包覆,经过烧结后,得到Y 改性多晶体。
H P.A bicht等[13]将硅酸乙酯滴入BaT iO3料液中水解生成&SiO2前驱物∋,在一定浓度条件下(只发生非均匀形核淀析而不出现均相成核沉淀),该前驱物迅速吸附于料液中的大颗粒表面,且由于硅酸乙酯水解速度很慢,从而在BaT iO3颗粒表面包覆了一层均匀致密的&SiO2前驱物∋,再经热处理,实现SiO2对BaT iO3颗粒的包覆,提高了BaT iO3烧结体微结构的均匀性,抑制了烧结过程中BaT iO3晶粒的异常长大。