表面化学作业
固体表面化学-作业题答案
1、从催化作用的角度，谈谈高分散金属催化剂上，金属原子如何排列？(1)催化反应过程中，要完成催化作用，反应物分子必须被吸附到金属活性位上。
被吸附的反应物分子数量越多，活化的几率就越高，相应生成物也越多。
所以，金属表面的吸附性能很重要，关系到催化剂的选择性和催化效率的高低。
(2)在催化剂表面金属原子的排列有三种类型，处于晶角，晶棱和晶面上三种。
金属原子的吸附性与原子的不饱和度是成正相关的，而处于晶角和晶棱上的金属的不饱和度比晶面上的要高，另外，如果金属出现晶格缺陷时，也会提高不饱和度，从而提高吸附性能。
(3)所以，一定程度上，金属催化剂上金属原子排列的越不规整，边，角，褶皱等处的原子越多，则这种金属催化剂的吸附性就好，其催化性能也会相应提高。
2、从表面热力学角度出发，谈谈高分散金属催化剂上，金属原子如何排列才能达到最佳？从表面热力学角度讲，比表面积越低，表面自由能越低，表面就越稳定。
经验的规律是：高的表面原子密度和表面原子的高配位数。
这可以通过减小晶粒的比表面积并且确保只有低表面自由能的表面暴露在外来实现。
球型催化剂最稳定，但考虑到活性的因素，金属颗粒通常被做成削角八面体的3. 什么叫表面驰豫？什么叫表面重构？在催化研究中如何利用这两种过程？弛豫是指一个平衡体系因受外来因素快速扰动而偏离平衡位置的体系，在新条件下趋向新平衡的过程，如果表面原子只有垂直于表面的原子，则称为表面弛豫；表面重构是由于表面原子受力的情况与体内有所不同，或者由于有外来原子的吸附，最表面原子常有垂直于或倾斜与表面的位移，表面下的数层原子也会有垂直于或倾斜与表面的位移的现象，重构后周期性损失，相邻原子键合或形成悬挂键，表面自由能降低，使得体系稳定。
反应往往是在表面进行，在选择某催化剂之后，提高催化剂的催化效率的一个重要方法就是改变其表面，通过控制弛豫和重构的形成过程，得高活性表面结构，从而提高催化剂性能。
弛豫和重构过程的细节了解对改善催化剂操作性能具有关键的作用，重构促进并稳定了对催化剂的修饰，反之若重构起破坏作用，就要设法抑制它。
材料表界面 作业答案
πA=RT
表面压较小的情况下成立
pv=RT
忽略了分子间互相作用力，利用理想化模型推导公式 低压、高温条件下成立
总结： 界面化学四大ຫໍສະໝຸດ 律 Laplace 方程 Kelvin 公式
p (1/ r1 1/ r2 )
P 2 V 2 M P0 r r
求出表面张力σ，即：
(2)修正的原因：①把凹凸月面当作球面近似处理。②只有在凹月面的最低点毛细上升的高 度才是h ，凸月面的最高下降才为h ，其余各点均大于h 。
6.试用Kelvin公式解释空气中水蒸汽过饱和的原因。在20℃下水的密度ρ =998.2kg/M3,表面张力为72.8*10（-3）N/m，若水滴半径为10（-6）cm，求水的 过饱和度。 答：（1）由Kelvin公式： P 2 V 2 M RT ln (2-40) P0 r r P0 为平液面的蒸汽压，P 为弯液面的蒸汽压，V 为液体摩尔体积，r 为弯液面的 曲率半径。 由上式可知，液滴的半径越小，其蒸气压越大。下面图示为根据 Kelvin 公式得 出的正常液体（平面）与小液滴的饱和蒸气压曲线。
5. 毛细管法测定液体表面张力的原理是什么？为什么要对毛细管法进行修正？ 答：原理：液体在毛细管中易产生毛细现象。由Laplace方程推广到一般情况:
gh=2 /r (2-20) 其中△ρ 为气液两相密度之差, θ 为液体与管壁之间的接触角
，r为毛细管的半径，由上式，从毛细管上升或下降高度h可以
v a3 a v1/ 3 0.00951/ 3
其表面积为： A=6a =6*0.0095 =
2 2/3
比表面积=
表面积 6*0.00952/3 = （cm 2/g) 质量 0.1
表面处理作业指导书
表面处理作业指导书发黑表面处理作业指导书1.目的、范围为保证本公司生产需发黑处理的产品符合技术标准要求而编制的作业指导书，适用于本公司生产的管接头、法兰等附件的发黑处理。
2.准备工作2.1每天上班后开动电源将槽液加热至沸点，扒去槽中的氧化铁（沉淀物）；2.2扒去沉淀物后加入0.5kg左右的黄血盐(亚铁氰化钾);2.3按发黑工艺技术要求加入一定量亚硝酸钠（符合5～8：1）；2.4用温度计测量发黑槽液湿度，确保槽液温度140～144℃，若温度过高要加水，并控制好加热电源；3.发黑工艺去油———（去铜）→酸洗→清洗→氧化（或二次氧化）→清洗→热水清洗→皂化→浸水膜装置换油→入库。
3.1去油3.1.1化学去油NaoH100～150克/升+Na2CO320-27克/升加热至沸点滚桶内加入少量废酸和铁悄；3.1.2．用汽油或柴油洗洗油；3.1.3．用喷砂或喷丸去除油及锈；3.1.4．淬火回火的工件可用滚桶去油及锈。
3.2去铜用铬酸250～300克/升+硫酸铵80～100克/升（无铜时可省去此道工序）加水浸1～2分钟，然后再在清水中清洗。
3.3 酸洗用30%工业盐酸浸1～2分钟去除油污及锈酸洗时间不能太长。
3.4 清洗清洗后在弱碱槽内中和，防止酸带入氧化槽中。
3.5 氧化氢氧化钠650～700克/升+亚硝酸钠100～150克/升加热到140～144℃，保温30～60分钟 NaoH: NaNO2=5～8:1。
3.6 清洗氧化后在流动的清水中冲洗。
3.7 热水清洗热水90～100℃，清洗1～2分钟。
3.8 皂化10%～20%工业皂片或三乙油酸皂加热50～60℃1～2分钟温度不能太高。
3.9 上油浸MS-1水膜置换防锈油.3.10入库4.发黑过程4.1发黑前，工件必须经充分的酸洗和清洗，拉力工件必须垂直装框，便于清洗；4.2发黑时必须严格执行工艺技术要求，液面的油渣要及时捞掉，槽液要及时补充；4.3发黑后须经高压水度分喷洗，经沸水清洗，皂化温度控制在50～60℃；4.4工件经沥掉过量油后装框、入库。
表面化学作业-表面活性剂的作用
表面活性剂的作用
3)增溶作用:
非极性有机物如苯在水中溶解度很小, 加入油酸钠等表面活性剂后, 苯在水中的溶解度大大增加, 这称为增溶作用。
増溶作用只有在表面活性剂的浓度高于cmc （临界胶束浓度）时，才能明显表示出来，所以说增溶作用与表面活性剂在水溶液中产生胶束有密切关系。
増溶是使本来不溶于水的物质溶入表面活性剂胶束中的一种现象。
增溶量增加将使胶束的体积增大，胶束的数目增多亦会增加溶量，因为在cmc 以上，表面活性剂的浓度越高，生成的胶束数目越多，能増溶于胶束的微溶或不溶物质也越多，增溶作用越强。
增溶作用与普通的溶解概念是不同的, 增溶的苯不是均匀分散在水中, 而是分散在油酸根分子形成的胶束中。
经X 射线衍射证实, 增溶后各种胶束都有不同程度的增大, 而整个溶液的的依数性变化不大。
4)润湿作用:
表面活性剂可以降低液体表面张力, 改变接触角的大小, 从而达到所需的目的。
如果要制造防水材料, 就要在表面涂憎水的表面活性剂, 使接触角大于90。
表面活性剂分子是两亲分子, 能对界面的润湿性能产生显著影响。
由于表面活性剂的分子结构不同, 在界面上的吸附速度和溶液表面张力的降低速度和程度也各不相同。
溶液对植物的润湿作用和附着能力与溶液的表面张力及其变化、植物表面的性质、液滴的大小等有关。
因此, 表面活性剂的结构不同, 对植物的润湿作用也有所不同。
例如植物叶面带有均匀光滑的蜡质层, 纯水在叶面上易形成小水珠, 粘附不牢, 无法润湿。
如果在水中加入一定量的表面活性剂, 则其附着和润湿作用就会有所改善。
表面活性剂溶液的表面张力、吸附速度以及在固体界面上的润湿作用已有一些报道。
非离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展(油田化学作业)
非离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展摘要综述了非离子表面活性剂在粘土表面的吸附作用研究进展。
简述非离子表面活性剂的概念，及其在粘土表面的吸附机理与作用方式，并从课本得到其对粘土性质的改变。
通过查找文献得到非离子表面活性剂的发展并找到其在油田的具体应用。
关键词非离子表面活性剂吸附机理作用方式对粘土的改性进展实例非离子表面活性剂是在水溶液中不产生离子的表面活性剂。
非离子表面活性剂在水中的溶度是由于分子中具有强亲水性的官能团，非离子表面活性剂在数量上仅次于阴离子表面活性剂，是一类大量使用的重要品种。
非离子表面活性剂按亲水基团分类，有聚氧乙烯型和多元醇型两类。
1 吸附的机理非离子表面活性剂主要通过分子间氢键的作用吸附粘土。
1.1氢键电负性原子和与另一个电负性原子共价结合的氢原子间形成的键，与电负性强的原子连接的氢原子趋向带部分正电。
在这种形式的键中，氢原子在两个电负性原子间不等分配。
与氢原子共价结合的原子为氢供体，另一个电负性原子为氢受体,表示为X-H…Y。
1.2氢键的形成粘土颗粒晶层表面的极性基团与非离子表面活性剂间形成氢键。
1.3氢键的特征使非离子表面活性剂更好的吸附于粘土颗粒表面，从而实现对粘土表面性能的改变与影响。
1.4氢键的作用使非离子表面活性剂更好的吸附于粘土颗粒表面，从而实现对粘土表面性能的改变与影响。
2 作用方式非离子表面活性剂遇到粘土颗粒后，与其晶层表面的极性基团形成氢键，然后吸附在粘土颗粒表面。
3 对粘土表明性能的改变和影响3.1增加钻井液中粘土颗粒的分散性非离子表面活性剂进入到土壤环境后，通过两个方面来改变土壤粒子的表面特性，从而影响土壤团聚体的稳定性。
一是非离子表面活性剂在土壤颗粒表面的吸附降低土壤颗粒的界面张力，使得团聚在一起的土壤颗粒分散开来；二是非离子表面活性剂吸附在土壤颗粒表面后，形成一定厚度的水化膜，从而将边边、边面连接的黏土颗粒分散开来，以提高钻井液内粘土颗粒的分散程度，提高钻井液的稳定性。
化学清洗作业安全规定
化学清洗作业安全规定一、前言化学清洗作业是指利用化学方法进行清洗、去污或排除金属表面的氧化物、油脂和污渍等。
由于清洗涉及到化学品的使用和操作，如果不遵循安全规定，可能会造成人员受伤、环境污染和设备损坏等问题。
因此，制定一系列的安全规定，可以有效地减少化学清洗作业中的安全风险。
二、化学品的安全使用1. 使用化学品之前，必须了解其性质、危险性和适用范围等信息。
2. 根据化学品的特性，选择合适的存放环境，并采取相应的防护措施，如避光、避热和通风等。
3. 对于有毒、易燃、易爆和腐蚀性的化学品，必须进行标识，并设置安全区域进行存放。
4. 使用化学品时，必须佩戴合适的防护设备，如手套、护目镜、防护服等，确保人员的安全。
5. 在使用化学品时，务必遵循使用说明书上的指导，正确配比、稀释和储存。
三、设备的安全操作1. 在进行化学清洗作业之前，必须了解设备的结构和性能，确保操作的安全性。
2. 在启动设备之前，必须检查各种阀门、管道、仪表和仪器设备的运行状态，确保其正常工作。
3. 在停止设备时，必须依次关闭各种阀门、切断电源，并进行必要的保养和维修。
4. 操作人员必须穿戴合适的防护设备，并在操作过程中保持机器的周围清洁。
同时，禁止在设备上堆放其他物品。
5. 操作人员必须具备相关的操作技能，并按照操作规程进行作业，禁止擅自更改操作参数。
四、事故预防和应急处理1. 在进行化学清洗作业之前，必须进行风险评估，并制定相应的应急预案。
2. 作业过程中，必须随时注意操作环境和操作设备的安全状况，发现异常情况立即停工，并报告相关负责人。
3. 在进入作业现场之前，必须进行安全培训，并定期组织应急演练。
4. 如发生事故，应立即进行紧急撤离，并通知相关部门进行应急处理。
5. 在事故处理后，必须对事故原因进行调查和分析，并采取相应的措施，避免类似事故再次发生。
五、环境保护1. 在进行化学清洗作业时，必须采取措施，防止污染环境，如使用密闭式清洗设备、净化装置和废气处理等。
车间其他表面处理作业风险告知
车间其他表面处理作业风险告知本文旨在告知车间其他表面处理作业者关于可能存在的风险，包括以下方面：1.化学物质接触风险2.在表面处理作业过程中，可能会接触到各种化学物质，包括酸、碱、溶剂等。
这些化学物质可能对皮肤、眼睛和呼吸系统产生刺激和腐蚀作用，长期接触还可能导致职业病和健康问题。
为了防止化学物质接触风险，作业者应穿戴防护服、手套、护目镜等个人防护用品，并保持作业区域的通风良好。
3.机械伤害风险4.表面处理作业中可能会使用各种机械设备，如抛光机、砂轮机、切割机等。
这些设备可能导致夹伤、砸伤、割伤等机械伤害。
为了降低机械伤害风险，作业者应接受相关培训，掌握正确的操作方法和安全注意事项，并定期检查和维护机械设备。
5.电击危险6.表面处理作业中可能会涉及到电路设备和电动工具，如电镀槽、电热器、电焊机等。
这些设备可能导致触电、电火花烧伤等电击危险。
为了防止电击危险，作业者应使用接地良好的设备和电源线，避免带电作业，并在必要时使用绝缘防护用品。
7.噪音和振动危害8.表面处理作业中可能会产生较大的噪音和振动，如抛光机、切割机、压缩机等产生的噪音和振动。
长期接触这些危害可能导致听力损伤、手震病等职业病。
为了降低噪音和振动危害，作业者应佩戴耳塞、耳罩等防护用品，并尽可能减少接触噪音和振动的时间。
9.高温和湿环境影响10.表面处理作业中可能会产生高温和潮湿的环境，如电镀、烤漆等产生的热量和水蒸气。
长期接触这些环境可能导致中暑、风湿病等健康问题。
为了防止高温和湿环境影响，作业者应穿戴防护用品，如防高温手套、防潮湿手套等，并保持工作区域的通风良好。
11.火灾和爆炸风险12.表面处理作业中可能会存在火灾和爆炸风险，如使用油漆、稀释剂等易燃物质时可能导致火灾和爆炸。
为了防止火灾和爆炸风险，作业者应遵守相关安全规定，穿戴防护用品，如防火服、防火帽等，并配备灭火器材，做好紧急情况的应对措施。
13.暴露于有害物质的风险14.表面处理作业中可能会存在各种有害物质，如重金属、粉尘、废气等。
简述锈钢车体点焊表面化学除黑方法
简述锈钢车体点焊表面化学除黑方法上世纪60年代初，为了车辆的轻量化与免维修，日本对车辆结构使用不锈钢问题进行了研究分析。
同时，研究了以点焊方法进行不锈钢结构制造，于1962年完成了除底架的一部分（端底架）之外，其他结构或外板等均采用不锈钢制造的东急电铁7000系，这就是当今称为全不锈钢车的首辆车。
不锈钢车辆的特征有：免维修、轻量化与车体结构的无涂装，但是这就对车体外板的表面状态提出了要求。
电阻点焊结束后会在不锈钢外板表面造成黑色或淡黄色的氧化皮，严重影响车体美观，同时由于氧化导致基材结构发生改变，焊点位置可能会发生电化学腐蚀，因此需要对不锈钢外板表面焊点位置进行除黑处理。
1 电化学除黑基本原理焊点位置的氧化皮即过烧现象主要是由于焊接时间太长、焊后冷却时间过短造成的。
过高的温度导致在焊钳电极与外墙板接触位置发生氧化反应，形成一层黑色或淡黄色的氧化皮。
电化学除黑主要是利用电解池原理分解氧化皮来达到除黑效果，同时在表面形成一层钝化膜，起到美观、提升防腐性能的作用。
2 原有工艺介绍2.1 设备介绍由于电解池反应需要在通电形成闭合回路且有电解液存在的条件下才可进行，所以在实际操作中需要通过设备来满足这一要求。
现使用设备为进口除黑机，该设备由除黑机主体、接地线、电源线、电极棒、棉布及可适用不同部位的电极头组成，同时操作过程中，需要配合专用的清洗液和中和液使用。
2.2 原有工艺介绍根据设备厂家培训内容，以及验证性实验确定了最初的工艺方法。
主要对设备使用方法与输出电流强度进行要求，其他方面没有具体规范，处理效果一般。
3 原有工艺不足之处及改进方法3.1 原有工艺不足之处在按照原有工艺对第一个端墙进行除黑之后，发现除黑效果很不理想主要表现在以下几点：（1）部分焊点位置出现与原氧化皮不同色泽的黑色印记，继续重复除黑操作也无法清除；（2）部分焊点经过除黑操作后出现过蚀现象，与周围焊点色差较大，极不美观；（3）焊点位置周围出现大面积水印，反复清洗也无法清除；（4）整体清洁后将端墙板挂起远观，墙板光泽度不佳。
化学作业设计优秀案例
化学作业设计优秀案例优秀化学作业设计案例：1. 题目：酸碱中和反应的应用简介：本案例通过实验设计，展示了酸碱中和反应在日常生活中的应用。
实验包括酸碱溶液的配制、pH值测定以及酸碱中和反应的实验操作和观察结果。
通过这个案例，学生将了解到酸碱中和反应在化学实践中的重要性。
2. 题目：金属腐蚀与防护实验简介：本案例通过实验设计，展示了金属腐蚀与防护的原理和实际应用。
实验包括不同金属在酸性和碱性溶液中的腐蚀速率测定、金属表面涂覆防护剂的实验操作和观察结果。
通过这个案例，学生将了解到金属腐蚀与防护的机制及其在工程领域的重要性。
3. 题目：溶解度实验与溶解度曲线的绘制简介：本案例通过实验设计及数据处理，展示了不同物质在不同温度下的溶解度与溶解度曲线的绘制。
实验包括不同温度下溶解度的测定、数据处理和溶解度曲线的绘制。
通过这个案例，学生将了解到物质溶解度与温度的关系以及如何绘制溶解度曲线。
4. 题目：化学反应速率实验与反应速率常数计算简介：本案例通过实验设计及数据处理，展示了化学反应速率与反应速率常数的计算方法。
实验包括不同反应物浓度下反应速率的测定、数据处理和反应速率常数的计算。
通过这个案例，学生将了解到反应速率与反应物浓度的关系以及如何计算反应速率常数。
5. 题目：氧化还原反应实验与电位差的测定简介：本案例通过实验设计及电位差测定，展示了氧化还原反应的原理和实际应用。
实验包括不同金属电极在不同溶液中的电位差测定、数据处理和氧化还原反应的实验操作和观察结果。
通过这个案例，学生将了解到氧化还原反应的电位差测定方法及其在电化学领域的应用。
6. 题目：酶活性实验与酶活性曲线的绘制简介：本案例通过实验设计及数据处理，展示了酶活性与底物浓度的关系以及酶活性曲线的绘制方法。
实验包括不同底物浓度下酶活性的测定、数据处理和酶活性曲线的绘制。
通过这个案例，学生将了解到酶活性与底物浓度的关系以及如何绘制酶活性曲线。
7. 题目：有机物的鉴别实验简介：本案例通过实验设计及实验操作，展示了有机物的鉴别方法和技术。
表面物理化学课程设计 (2)
表面物理化学课程设计1. 引言表面物理化学研究物质表面和接触面上的化学现象和物理现象，是现代物理化学领域中的一个重要分支。
表面物理化学的主要内容包括表面能、界面电化学、表面反应动力学、表面光谱学等方面。
近年来表面物理化学的研究成果在信息、制造和能源等领域的应用逐渐加深，因此对于建立具有先进水平的表面物理化学课程至关重要。
2. 课程设计本课程旨在培养学生对表面物理化学理论的掌握和实践操作的能力。
本课程将包括以下几个方面：2.1 表面物理化学基础理论本节将介绍表面物理化学领域的基本概念以及表面物理化学实验技术。
其中包括表面能、表面和界面张力、吸附现象、表面电化学、种子极化法、交流伏安法等表面物理化学方法。
此外，本节还将介绍常用的表面物理化学分析手段，如 XPS、SEM、AFM、STM 等。
2.2 表面物理化学实验本节主要涵盖表面物理化学实验的设计和操作流程。
具体实验会涉及表面电化学、表面吸附和表面反应动力学等方面。
所有实验都将会在实验室中进行。
实验分为单独操作和小组合作操作两种方式。
本节也将包括实验数据分析及实验结果的报告和讨论。
2.3 表面物理化学应用本节将介绍表面物理化学在现代科技中的应用，包括信息、制造、能源和环境等领域。
此外，本节还将选定一些典型案例，让学生能够通过案例分析和讨论，加深对表面物理化学应用的理解。
3. 学习成果通过本课程的学习，学生应该能够：1.熟练掌握表面物理化学的基本概念和实验技术；2.能够独立设计和完成表面物理化学实验；3.能够有效地选择和使用表面物理化学分析手段；4.知晓表面物理化学在现代科技中的应用；5.拥有批判性思维和分析问题的能力。
4. 课程评估学生的表现将按以下几种考核方式进行评估：1.期末考试：考查对课程内容的整体掌握；2.课堂小测：随堂考核学生对课程内容的理解；3.个人作业：包括抽象和设计类作业；4.实验报告和实验室表现：考核学生在实验中的实验技能和数据处理能力；5.课程项目：包括小组项目以及个人项目，考察学生对表面物理化学应用的理解和掌握。
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表面活性剂在微粉制备中的应用
表面活性剂常被用于合成过程中,制备分散粒子或分散已合成的团聚的超细粒子。
在液相介质中,利用分散剂分散超细粒子的方法已得到广泛研究。
表面活性剂对于纳米微粒的制
改性和保存都具有非常重要的作用。
备、
1 表面活性剂分散微粒的机理
超细微粒的团聚是由于范德华力的吸引而造成的,或由于使体系的总表面能趋于极小化的驱动力引起的。
表面活性剂的表面活性部分可表现为带有
正电荷、负电荷、不带电荷或呈现两性。
当超细微粒中加入表面活性剂时,后者吸附在粒子的表面,以两种方式提供粒子间的排斥力: 一种是由静电的排斥作用提供分散力,阻止粒子的团聚。
粒子周围存在双电层,因而在粒子表面与溶液之间存在不等的电荷分布。
当表面活性剂分子吸附在粒子表面时,可以强化这种双电层结构,从而产生一种分散的稳定状态。
这种方法对于稀溶液和有极性的有机介质是有效的,而对于电解质溶液则对其浓度的影响特别敏感。
这是因为浓度的变化可以导致双电层的破坏,从而导致粒子的团聚。
另一种分散力是空间力,当表面活性剂分子吸附在粒子表面时,它们的亲水端扩展到溶液中,并与溶液相互作用。
液体- 表面活性剂链相互作用是一种混合效应,这种相互作用增加体系的自由能并产生一个能量位垒,防止粒子靠近。
当粒子相互接近时,延伸到溶液中的表面活性剂链的运动受到限制并产生一个熵减小的效应。
这种由表面活性剂所产生的空间稳定可发生在不存在电位垒的情况下。
空间稳定对于在水或非水介质中是有效的, 并对杂质和少量的添加剂不太敏感。
空间稳定法在分散高浓度粒子时特别有效。
2 表面活性剂的应用
2.1 纳米级Al2 O3 合成中的应用
(1) 气相合成法中的应用纳米Al2 O3 可以通过气相合成法来合成。
气相合成的初生粒子直径在数纳米左右,由于全部粒子在整个体系中处于浮游
状态,它们的布朗运动会使粒子相互碰撞凝聚。
因此,欲获得直径不大于几十纳米的粉体材料,就需要加入少量的表面活性物质,以防止初生的纳米级粒子碰撞凝聚。
用物理气相法的真空蒸发- 冷凝法制备Al2 O3粉体时,将原材料真空蒸发后的蒸
汽冷凝在动态油液表面上, 这样就可以方便地收集超微粉体产物。
现在已有相
关的专用设备和装置,通过在油料中添加表面活性剂以尽可能减少粒子凝聚,使所
得粒子的粒径分布很窄,平均2nm 。
用惰性气体蒸发法制备纳米级Al
O3 时, 由于
2
Al2 O3 是难熔材料,因而采用激光或电子束加热方法。
原材料在加热炉蒸发室可控
蒸发,同时由于氦气进入,使热分子流冷凝成纳米团簇后又与之混合, 最后微粒悬浮在
惰性气体中成为稀的气溶胶流,然后再冷却至室温。
此时,喷射入含有12十二烷基硫
醇的表面活性剂雾滴,这些团簇粒子既被擦洗净化,
同时又被收集在稳定胶质悬浮体收集室中。
Al2 O3 超微粉还可以采用化学气相法制备,如采用A l2 O3 或A lBr3 - O2 氧化反应体系来制备,获得的粒径在013μm 以下。
此外,也可采用金属直接氧化来制备。
现已开发出金属铝粉直接氧化制备低价、高质量γ- Al2 O3 球形超微粉体的装置。
原料气体与氧气混合在燃烧器中形成烟焰,所得的烟雾粒子经过滤收集为产物粉体。
(2) 液相合成法中的应用液相法制粉体时,一般要多次水洗去除液相中残余杂质,但水洗后粉体存在严重的团聚。
这时若用表面张力比水小的醇、丙酮等有机溶剂取
代残留在粒子之间的水,便可减轻团聚程度。
另外,在沉淀或洗净脱水时,加入有机大分子表面活性剂,如聚乙二醇、聚丙烯酸铵等,因有机大分子位阻效应也可起到减缓团聚的作用。
Al2 O3 纳米级超微粉体可利用溶胶- 凝胶法、沉淀法、溶剂蒸发法、醇盐水解法等制备而成;此外,还可通过水热法合成。
包含有相变的水热合成法是指加热固体氧化物或氢氧化物,通过溶解和再结晶,在水热条件下完成相转变,进而制备超微粉体材料。
用该法制备Al2 O3 - SiO2 的二相体系时, 加入表面活性物质,如聚乙烯醇(相对分子量为815 ×104 ) 可改善粉体形态。
如果没有表面活性剂的存在,制备的晶体为不规则针状晶体,其长度为几个微米;在有表面活性剂存在的情况下,制备的晶体为011 ～
015μm 的片晶。
2.2 在纳米微粒收集过程中的作用
纳米微粒的表面活性使它们很容易团聚在一起,这给纳米微粒的收集带来很
大的困难。
为了解
决这一问题,无论是用物理方法还是化学方法制备纳米粒子,通常都采用分散在溶液
中进行收集。
但
即使是在溶液中,纳米微粒形成的悬浮液中的小微
粒之间,仍可能因为库仑力或范德华力而发生团聚。
为防止小颗粒的团聚可采用几种措施:其一,用超声
频振荡破坏团聚体中小微粒之间的库仑力或范德华力,从而使小微粒分散于分散剂中; 其二,加入反絮凝剂形成双电层。
纳米Al2 O3 在水中时根据p H 值的高低不同, 可带负电荷或呈电中性。
当
正电荷、
p H 值比较小时,粒子表面形成Al - O H2 ,导致粒子表面带正电;当p H 值高时, 粒子
表面形成Al - O
键,使粒子表面带负电;如果p H 值处于中间值,则纳米氧化物表面形成Al - O H 键,这时粒子呈电中
性。
因而可选用异电离子或异电表面活性剂作反絮凝剂,使微粒表面形成双电层,达到分散目的。
在表
面电荷为正时,平衡微粒表面电荷的有效离子为
Cl - 、N O3 - 等阴离子;当表面电荷为负电时,有效的平衡离子为N a + 、N H4 + 等,由此来选用相应的表面
活性剂;其三,加入表面活性剂包裹微粒,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。
这种方法对于磁性纳米颗粒的
分散制成磁性液体也是十分重要的。
2。
3 球磨法制备微粉中的应用
在超细粉碎过程中, 当颗粒粒度减小到微米级后,颗粒的质量趋于平均, 缺陷减小,强度、
硬度增大,粉碎难度大大增加。
同时,微细颗粒相互团聚形
三次颗粒的趋势明显增强,此时需采取一定的工艺措施,即选用助磨剂。
助磨剂可成二次、
水蒸分为气、
甲醇、
硝基甲烷、液、固三类。
气体助磨剂包括蒸汽状的极性物质(如丙酮、
胶体SiO2 、
汽等) 和非极性物质(如四氯化碳) 等;固体助磨剂包括硬酯酸盐类、
M gO 粉和胶体石墨等;液体助磨剂包括各种表面活性剂和分散剂等。
炭黑、
关于助磨剂的助磨作用原理有两种学说。
其一为“吸附降低硬度学说”,该学说认为助磨剂分子在颗粒上的吸附降低了颗粒表面能或引起近表面层晶
格的位错迁移;还有一种学说为“矿浆流变学调节学说”,认为助磨剂通过调节矿浆的流变学
性质和矿粒的表面电性,降低矿浆的粘度,促进颗粒分散,从而提高矿浆的可流动性,阻止矿粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附及颗粒之间团聚。
在用球磨法制备Al2 O3 粉体时, 可选用助磨剂有机硅类或三乙醇胺,后者的最佳用量为011 % 。
3 表面活性剂与纳米微粒表面修饰
上世纪90 年代中期,国际材料会议提出了纳米微粒的表面
工程新概念。
近年来,纳米微粒的表面修饰已形成一个研
究领域,通过研究,人们可以有更多的自由度对纳米微粒表
面改性,不但更深入认识纳米微粒的基本物理效应,而且
也扩大了纳米微粒的应用范围。
通过对纳米微粒表面的
修饰,可以达到以下目的:(1) 改善或改变纳米粒子的分散性;
( 2) 提高微粒表面活性;( 3) 使微粒表面产生新的物理、化
机械性能及新的功能;( 4) 改善纳米粒子与其它物质之间
学、
的相容性。
4 结论
后处理、修饰改性等过程中,有效地防止表面活性剂可以应用于纳米材料合成、收集、
微粒的团聚,改变微粒的表面特性,并赋予纳米材料以新的功能。
但是表面活性剂在纳米
副作用小的材料中的应用尚未能形成相关的体系,如何开发出用于各种纳米材料的高效、
表面活性剂,形成一个相对比较完整的体系,仍然有待于进一步的研究试验工作。