第四章纳米微粒的化学特性
1.3纳米微粒的物理特性
隐身：就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。
隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂上 红外与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通过 发射电磁波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测飞 机的。
3、原因
（1）粒子的表面能和表面张力随粒径的减小而 增加
（2）纳米微粒的比表面积大 （3）由于表面原子的最近邻数低于体内而导致
非键电子对的排斥力降低
必然引起颗粒内部特别是表面层晶格的畸变。
例：有人用EXAFS技术研究Cu、Ni原子团发 现，随粒径减小，原子间距减小。Staduik等 人用X射线分析表明，5nm的Ni微粒点阵收缩 约为2.4%。
四、 纳米微粒的光学性质
背景：纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与物 理的特征量相差不多。当纳米粒子的粒径与超 导相干波长、玻尔半径以及电子的德布罗意波 长相当时，小颗粒的量子尺寸效应十分显著。 与此同时，大的比表面使处于表面态的原子、 电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有 很大的差别，这种表面效应和量子尺寸效应对 纳米微粒的光学特性有很大的影响，甚至使纳 米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的 新的光学特性。主要表现为以下几方面。
2．蓝移现象
与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在 “蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。
例：纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸 收频率分别是814cm-1和794cm-l。纳米颗粒 的红外吸收频率较大块固体蓝移了20cm-1。纳 米氮化硅颗粒和大块Si3N4固体的峰值红外吸收 频率分别为949cm-l和935cm-l，纳米氮化硅 颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了14cm-1。
纳米材料的特性
纳米相材料在结构上与常规的晶态和非晶态体系有很大 的差别，表现为：小尺寸、能级离散性显著、表(界)面原子比 例高、界面原子排列和键的组态的无规则性较大等。这些特 征导致纳米材料的光学性质出现一些不同于常规晶态和非晶 态的新现象。
纳米材料的光学性质
1、宽频带强吸收
大块金属具有不同颜色的金属光泽，表明它们对可见光 范围各种颜色(波长)的光的反射和吸收能力不同。而当尺寸减 小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈黑色。它们对可 见光的反射率极低，而吸收率相当高。例如，Pt纳米粒子的 反射率为1％，Au纳米粒子的反射率小于10％。这种对可见光 低反射率，强吸收率导致粒子变黑。
纳米微粒具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力 随粒径的下降急剧增加，小尺寸效应，表面效应、量子尺寸效应及 宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面 稳定性等不同于常规粒子，这就使得它具有广阔应用前景。
§1. 纳米材料的热学性质
1、熔点显著降低
金纳米微粒的粒径与熔点的关系
35nm 15nm 8nm
纳米材料的热学性质 纳米材料的熔点降低、烧结温 度降低、晶化温度降低等热学性质 的显著变化来源于纳米材料的表
（界）面效应。
§2. 纳米材料的光学性质
纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与物理的特征 玻尔半径以及电子的德布罗意波长相当时，小颗粒的量 子尺寸效应十分显著。与此同时，大的比表面使处于表
纳米材料的光学性质
如图：由不同粒径的CdS纳 米微粒的吸收光谱看出，随着微 粒尺寸的变小而有明显的蓝移。 体相PbS的禁带宽度较窄， 吸收带在近红外，但是PbS体相 中的激子玻尔半径较大(大于 10nm)，更容易达到量子限域。 当其尺寸小于3nm时，吸收光谱 已移至可见光区。
纳米材料综述功能材料与应用论文(已处理)
纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。
纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。
其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。
另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。
纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。
2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。
由于纳米粒子具有壳层结构。
粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。
纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。
纳米材料物理化学性质
第四章纳米材料的物理化学性能纳米微粒的物理性能第一节热学性能※1.1. 纳米颗粒的熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。
金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。
银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。
铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。
铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。
※1.2. 开始烧结温度下降所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
※1.3. NPs 晶化温度降低非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。
※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。
第二节电学性能2.1 纳米金属与合金的电阻特性1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；3. 比电阻随温度的升高而上升4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。
电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。
随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。
当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。
5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。
※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射•纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。
纳米粒子
一、纳米科技
纳米是长度单位，1nm=10-9m，尺寸大小范围约在1~100nm的固体 粒子称为纳米粒子。纳米技术即能操作细小到0.1～100nm物件的 一类新发展的高技术。
量变引起质变。对于固体，当粒子大小达到一定尺寸时（如纳米 量级），有极大的比表面和表面能，因此使其具有独特的量子尺 寸效应和界面效应，表现出特殊性能。在此基础上，纳米科技出 现了。其目的在于研究纳米尺寸时，物质和设备的设计方法、组 成、特性以及应用。
其他制备方法
螯（配）合物分解法 乳状液法 “硬模板”法 微波和超声波法
四、纳米粒子的性质与应用
纳米粒子的性质
由纳米粒子化学组成、结构特点所 决定的性质。
与粒子大小紧密相关的性质 由物质本性和粒子大小协同决定的
性质
纳米粒子的应用举例
纳米粒子的光学性质与新型光学材料 TiO2纳米粒子的光催化作用 纳米粒子与近代医学
纳米粒子
纳米粒子也称纳米粉末，又称超微粉、超细颗粒等。 也有人将1μm以下的粒子称为超细颗粒或超细粒子。
实际上在讨论纳米粒子的各种问题时，研究的对象常 超出一般认为纳米粒子大小的上限100nm，有时可达 微米级。这不仅是因为不同物质的许多性质因粒子大 小而发生量变到质变时的极限大小不定是100nm，而 且用不同的测量手段对同一批次粉体粒子大小的测量 结果可能是不同的。
常用的固相法有研磨粉碎法、无机盐热分解法、 固相反应法等。
三种方法的比较
气相法所得粉体纯度较高、团聚较少，但是设 备昂贵、产量较低，不易普及。
固相法所用设备简单、操作方便，但所得粉体 往往不够纯，粒度分布较大，适用于要求比较 低的场合。
液相法具有设备简单、无需高真空等苛刻物理 条件、易放大等优点，被认为最有发展前途 。 是实验室制备纳米粒子应用最多的方法。
纳米科学与技术-纳米科学的基本理论
（4）宏观量子隧道效应 微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近
年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的 磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，
故称为宏观量子隧道效应。
4.1 表面效应
10纳米 1纳米 0.1纳米
随着尺寸的减小，表面积迅速增大
表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总 原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅 度的增加，粒子的表面能及表面张力也 随着增加，从而引起纳米粒子物理、化 学性质的变化。
3、表面能的增加
颗粒细化时，表面积增大，需要对其 做功，所做的功部分转化为表面能储存在 体系中。因此，颗粒细化时，体系的表面 能增加了。
由于大量的原子存在于晶界和局部的 原子结构不同于体相材料，必将使纳米材 料的自由能增加，使纳米材料处于不稳定 的状态，如晶粒容易长大，同时使材料的 宏观性能发生变化。
6、表面效应的应用：
①催化剂，化学活性。Cu, Pd/Al2O3 ②吸附剂（储氢材料、碳纤维、碳管、合 金等载体）。 ③导致粒子球形化形状。 ④ 金属纳米粒子自燃。需钝化处理。
4.2 量子尺寸效应
由于尺寸减小，纳米颗粒的能级间距变 为分立能级，如果热能，电场能或磁场 能比平均的能级间距还小时，纳米颗粒 就会呈现一系列与宏观物体截然不同的 反常特性，称之为量子尺寸效应。
总表面 积
6 cm2 6×105cm2 6×106cm2 6×107cm2
例如，粒径为10 nm时，比表面积为90 m2/g， 粒径为5 nm时，比表面积为180 m2/g， 粒径下降到2 nm时，比表面积猛增到450 m2/g
2、表面原子数的增加
表给出了不同尺寸的 紧密堆积由六边形或 立方形紧密堆积的原 子组成的全壳型团簇 中表面原子所占的比 例。 全壳型团簇是由一个 中心原子和绕其紧密 堆积的1、2、3、….. 层外壳构成。
纳米微粒的特性-
非牛顿流体：包括假塑性流体、塑性流体和胀流体。假塑性
流体和塑性流体都属于剪切变稀的流体，但塑性流体具有屈 服值。胀流体 属于剪切变稠的流体。 黏度η：是流体内部抵抗流动的阻力，用对流体的剪切应力 与剪切速率之比表示。
ηred为胶乳浓度(体积分数) ，Φ为粒子的形状因子，等 于2.5，Ｋ为静电引力常数(约1.35)。随胶乳粒径减小黏度的增加 是由于粒径愈小，胶乳比表面增大，胶乳间静电引力增大， Mooney式中的Ｋ变大所致。
三、流变学
流体
牛顿流体
非牛顿流体
假塑性流体
塑性流体
胀流体
1.基本概念
流体：流体是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡位
置的分子构 成的,它的基本特征是没有一定的形状和具有流动 性。流体都有一定的可压缩性,液体可压缩性很小,而气体的可 压缩性较大。流体的流变形态分为牛顿流体和非牛顿流体。 牛顿流体：剪切应力τ与剪切速率 成正比的流体。
② 作新的润滑剂。
通常润滑剂易损耗、易污染环境。磁性液体中的磁性
颗粒尺寸仅为10单位，因此，不会损坏轴承，而基液亦可用润 滑油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的 部位。
③ 增进扬声器功率。
在音圈与磁铁间隙处滴入磁性液体，由于液体的导热系数 比空气高5~6倍，从而使得在相同条件下功率可以增加1倍。磁性 液体的添加对频响曲线的低频部分影响较大，通常根据扬声器的 结构，选用合适粘滞性的磁性液体，可使扬声器具有较佳的频响 曲线。
例如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱或碱土类金属的电解 液中的吸附（这是一种物理吸附过程，它是有层次）。吸 附层的电学性质也有很大的差别． 紧密层：靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸附，称为 紧密层，它的作用是平衡了超微粒子表面的电性 分散层：离超微粒子稍远的离子形成较弱吸附层，称为 分散层。
纳米材料的种类和性质
纳米材料的种类和性质摘要：本文简述了纳米材料的基本概念、种类和性质。
关键词：纳米材料；概念；性质；种类正文：1纳米材料概念：从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。
因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
2纳米材料种类：纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。
其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。
2.1纳米粉末：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。
可用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热基片与布线材料；微电子封装材料；光电子材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。
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§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
理论计算将RosensWeig从理论上计算了磁性粒子外 包裹的油酸层所引起的排斥能,假设油酸吸附的强磁性 微粒之间的关系如下图所示
图4.3 磁性液体中吸附厚度为δ 的强 磁性微粒的示意图(r为粒子半径)
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
那么排斥能量V可表示成
§4.3流变学
4.3.2纳米Al2O3悬浮液的黏度
而图4.7表明，浓度为38vol％，粒径为约100nm的 Ａl２Ｏ３悬浮液的高剪切黏度是低剪切黏度的三倍。这与 Krieger的结果有矛盾。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
2防止小颗粒团聚采用的方法：
A、加入反絮凝剂形成双电层 反絮凝剂的选择可 依纳米微粒的性质、带电类型等来定。即：选择 适当的电解质作分散剂，使纳米粒子表面吸引异 电离子形成双电层，通过双电层之间库仑排斥作 用使粒子之间发生团聚的引力大大降低，实现纳 米微粒分散的目的。 例子 如，纳米氧化物SiO2，Al2O3和TiO2等在 水中的pH高低不同(带正电或负电)，因此可选 Na+，NH4+或Cl-，NO3-异电离子作反絮凝剂，使 微粒表面形成双电层，从而达到分散的目的。
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
2实例列举：例如，纳米尺寸的黏土小颗粒在碱 或碱土类金属的电解液中的吸附（这是一种物理 吸附过程，它是有层次的）。吸附层的电学性质 也有很大的差别．
二、吸附层的电学性质 1靠近纳米微粒表面的一层属于强物理吸 附，称为紧密层，它的作用是平衡了超微 粒子表面的电性。 2离超微粒子稍远的离子形成较弱吸附层， 称为 分散层。
§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
作用机制：上述有机试剂中的Ｏ或N与硅烷醇的羟基 (OH基)中的H形成O—H或N—H氢键，从而完成SiO2微 粒对有机试剂的吸附，如图4.1所示。
图4.1
在低pH下吸附于氧化硅表面的醇、酰胺、醚分子。
§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
三、影响吸附的因素
由上述例子可知
图中：VR为立体障碍所致 的排斥电位；VA为范 德瓦耳斯力所致引力； VN为磁引力
由图看出，粒子之间存在位垒，粒 子间若要发生团聚，必须有足够大 的引力才可能使粒子越过势垒，由 于磁引力和范德瓦耳斯引力很难使 粒子越过势垒，因此磁性粒子不会 团聚。
图4.4 粒径10nm磁性粒子的 电位图
§4.2纳米微粒的分散和团聚
其中N为单位体积的吸附分子数,δ为吸附层的厚度,h 为粒间距函数(h=R/r-2)，当粒子接触时，h＝0，随粒子 分离距离加大，h增大。对δ＝10Å，吸附分子数为 3.3×1014，磁性粒子直径为100Å (r＝50Å)。我们给出其 电位与h（粒间距函数）的关系。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
§4.3流变学
4.3.1典型胶体悬浮液的黏性
胶乳浓度Φ与相对黏度关系可用Mooney式来 表示，即：
0 为胶乳浓度(体积分数) ，为粒子的形状因子，等 于2.5，Ｋ为静电引力常数(约1.35)。随胶乳粒径减小 黏度的增加是由于粒径愈小，胶乳比表面增大，胶 乳间静电引力增大，Mooney式中的Ｋ变大所致。
4、不同种类的纳米微粒吸附性质有很大差别 。
§4.1吸附
4.1.1非电解质的吸附
一、概念
非电解质是指电中性的分子，它们可通 过氢键、范德瓦耳斯力、偶极子的弱静电引 力吸附在粒子表面。其中主要是以氢键形成 而吸附在其它相上。
二、吸附的典型例子 例如：氧化硅粒子对醇、酰胺、醚的吸 附过程中氧化硅微粒与有机试剂中间的接触 为硅烷醇层，硅烷醇在吸附中起着重要作用。
研究者关于悬浮液行为的分析：
1、过去通常认为剪切减薄行为是由粒子的凝聚作用 所致，但电动力学实验结果表明，悬浮液中的粒子是非 常分散的，因此，Yeh和Sacks等人指出，剪切减薄行为 不能归结为粒子的凝聚作用，而是由布朗运动和电黏滞 效应引起的。 2、Krieger等人曾对单分散胶乳粒子 “中性稳定”悬 浮液的布郎运动对黏度的影响进行调查，观察到剪切减 薄行为及高剪切极限黏度和低剪切极限黏度。对于浓度 为50vol％（非法定计量单位）粒子直径为150nm的悬浮 液高剪切极限黏度是低剪切极限滞度的两倍。随着浓度 减小和粒子直径的增加，两个极限值的差快速减小。
§4.3流变学
4.3.2纳米Al2O3悬浮液的黏度
下图所示为不同粒径下，不同浓度Ａl２Ｏ３ 微粒水悬浮液的黏度随剪切速率变化曲线。可 以看出，该种悬浮液呈现出黏度随剪切速度增 加而减小的剪切减薄行为。
图4.7 不同浓度Al2O3微粒的悬浮 液的黏度与剪切速度的关系
§4.3流变学
4.3.2纳米Al2O3悬浮液的黏度
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
一、吸附的机理：电解质在溶液中以离子形 式存在，其吸附能力大小由库仑力来决定。 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数 属于物理吸附。 1缘由：由于纳米粒子的大的比表面常常产生键的
不饱和性，致使纳米粒子表面失去电中性而带电 (例如纳米氧化物，氮化物粒子)，而电解质溶液中 往往把带有相反电荷的离子吸引到表面上以平衡其 表面上的电荷，这种吸附主要是通过库仑交互作用 而实现的。
二 、悬浮液中微粒团聚条件的分析
半径为r的两个微粒间的范德瓦耳斯 力引起的相互作用势能Ev可表示如下：
上式中，l为微粒间距离，r为微粒半径，A为常数
电二重层间相互作用势能E0近似地表 示如下：
上式中，ε为溶液的介电常数，Ψ0为粒子的表面电位
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.2微粒的团聚
两微粒间总的相互作用能为：
图4.6 流体的行为
§4.3流变学
流体框架
流体
牛顿流体
非牛顿流体
假塑性流体
塑性流体
胀流体
§4.3流变学
4.3.1典型胶体悬浮液的黏性
一、典型的胶体粒子 通常把乳化聚合制成的各种合成树脂胶乳的球 形分散粒子(0.1um)看成典型的胶体粒子，并对 其分散系统进行研究。 二、黏性研究 Saunders研究了单分散聚苯乙烯胶乳的浓度 对黏度的影响发现胶乳浓度(体积分数)低于0.25 时，胶乳分散系统为牛顿流体，胶乳浓度高于 0.25时，胶乳分散系统为非牛顿流体。当胶乳 浓度增加时，约化黏度增大，即使胶乳浓度相 同，随胶乳粒径减小黏度增大。
纳米微粒的化学特性
主要内容
§ 4.1 吸附
4.１.１非电解质的吸附 4.１.２电解质吸附
§ 4.2 纳米微粒的分散与团聚
4. ２.１微粒的分散 4. ２.２微粒的团聚
§ 4.3 流变学
4. ３.１典型胶体悬浮液的黏性 4. ３.２纳米Ａl2Ｏ3悬浮液的黏度 4. ３.３磁性液体的黏度 4. ３.４双电层对黏性的影响
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
B、加表(界)面活性剂包裹微粒 为了防止分散的纳米粒 子团聚也可加入表面活性剂，使其吸附在粒子表面， 形成微胞状态，由于活性剂的存在而产生了粒子间的 排斥力，使得粒子间不能接触，从而防止团聚体的产 生。对于磁性纳米微粒，由于颗粒之间磁吸引力，很 容易团聚，加入界面活性剂（如油酸）使其包裹在磁 性粒子表面，造成粒子间排斥作用，避免了团聚体的 生成。 例子 如， PaPell在制备Fe3O4的磁性液体时就采用 油酸防止团聚，达到分散的目的。 方法将约30μm的Fe3O4粒子放人油酸和n庚烷中进行 长时间的球磨，得到约10nm的Fe3O4微粒稳定地分散在 n庚烷中的磁流体，每个Fe3O4微粒均包裹了一层油酸。
受粒子表面性质的影响
受吸附相的性质影响
说明 ：即使吸附相是相同的，但由于溶剂种类不 同吸附量也不一样。例如，以直链脂肪酸为吸附 相，以苯及正己烷溶液为溶剂，结果以正己烷为 溶剂时直链脂肪酸在氧化硅微粒表面上的吸附量 比以苯为溶剂时多，这是因为在苯的情况下形成 的氢键很少。从水溶液中吸附非电解质时，受pH 值影响很大，pH值高时，氧化硅表面带负电，水 的存在使得氢键难以形成，吸附能力下降。
图4.2 pH值对氧化物带电 状况的影响
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
一、面临的问题
在纳米微粒制备过程中，纳米微粒表 面的活性使它们很容易团聚在一起从而形 成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚 体，这给纳米微粒的收集带来很大的困难。
二、解决的方案 用物理方法或化学方法制备的纳米粒 子经常采用分散在溶液中进行收集。
§4.1吸附
4.1.2电解质吸附
三、纳米氧化物随pH值可带不同的电荷 纳米氧化物的粒子，如石英、氧化铝 和二氧化钛等根据它们在水溶液中的pH值 不同可带正电、负电或呈电中性。
pH比较小时，粒子表面形成M—Ｏ Ｈ2(M代表金属离子，如Si，Al，Ti 等)，导致粒子表面带正电。 pH高时，粒子表面形成M—Ｏ键， 使粒子表面带负电。 pH值处于中间值，则纳米氧化物表 面形成M—ＯＨ键，粒子呈电中性。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.1分散
1分散机理：
A现象 尺寸较大的粒子容易沉淀下来，当粒径在 纳米级(1—100nm)，由于布朗运动等因素阻止它 们沉淀而形成一种悬浮液，纳米微粒称为胶体。 由于小微粒之间库仑力或范德瓦耳斯力团聚现象 仍可能发生。 B方法 通常用超声波将分散剂(水或有机试剂)中 的团聚体打碎。 C原理 其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体中 小微粒之间的库仑力或范德瓦耳斯力，从而使小 颗粒分散于分散剂中。
图4.5 粒子间的相互作用能与粒间距L关系 （a）为定性曲线（b）为k所致曲线的变化。
§4.2纳米微粒的分散和团聚
4.2.2微粒的团聚
k较小时，E有最大值,由于能垒的障碍，团聚的速度 很慢。k较大时，E没有最大值，团聚易发生且速度 高。因此把Emax＝0时微粒的浓度称为临界团聚浓度。 浓度大于临界浓度时，就发生团聚。由上式得Emax ＝0和(dＥ／dl)E＝ Emax ＝0，由此求出临界团聚浓 度