第二章纳米粉体分散的胶体科学基本原理
纳米颗粒的分散

纳米颗粒的分散
纳米颗粒的分散是指将纳米颗粒分散在溶液或其他介质中,使其均匀分布。
纳米颗粒的分散状态对其性能和应用有着重要影响。
分散不良会导致颗粒聚集,降低其表面积和活性,同时会影响其稳定性和生物相容性。
因此,纳米颗粒的分散技术成为了纳米材料研究中的一个重要课题。
常用的纳米颗粒分散方法包括机械分散、超声波分散、化学分散等。
其中,机械分散是指通过搅拌或球磨等机械力使颗粒分散。
超声波分散则是利用超声波振荡使颗粒分散。
化学分散则是通过添加表面活性剂、聚合物等化学物质来增加颗粒的稳定性和分散性。
在选择分散方法时,需要考虑颗粒的特性、介质的性质、分散的效率和成本等因素。
同时,还需要注意分散过程中的温度、pH值等因素对颗粒的影响。
因此,纳米颗粒的分散需要在实验室中进行系统的研究和探索,以寻找最适合的分散方法,并优化分散条件,以满足纳米材料的应用需求。
- 1 -。
高分散 高稳定 纳米粉体 技术

高度分散和高度稳定纳米粒子技术高分散性和高稳定性纳米粒子技术的发展,在医学,电子学,材料科学等各个领域都带来了显著的进步。
纳米粒子是具有1—100纳米范围内至少一个维度的粒子,由于其体积和高表面积与体积比而具有独特的特性。
然而,在这些纳米粒子中实现高度的分散性和稳定性是一项具有挑战性的任务,需要先进的技术和专门知识。
在纳米粒子中实现高度分散的关键因素之一是粒子大小和形状的控制。
这可以通过化学蒸汽沉降、溶胶工艺和热液合成等各种合成方法来实现。
在一个领先的大学的研究人员进行的一项研究中,他们使用一种经过修改的多醇方法,成功地合成了高度分散和稳定的银纳米粒子。
由此产生的纳米粒子呈现出统一的大小分布和极佳的稳定性,使其适合用于催化剂和抗菌剂。
除了体积和形状控制外,纳米粒子的表面改变是实现高稳定性的另一个关键方面。
表面修饰,如用有机韧带涂层,无机壳,或聚合物,可以通过防止凝聚和降解来增强纳米粒子的稳定性。
在最近的一次工业合作中,一组科学家和工程师开发了一种新的表面改造技术,利用自组装的单层,使金纳米粒子具有较高的稳定性。
经过改造的纳米粒子在恶劣条件下表现出异常的稳定性,使它们在生物医学成像和药物运载系统中使用成为理想。
除了合成和表面改造外,纳米粒子的彻底定性对于确保高度分散和稳定性至关重要。
传输电子显微镜,X射线衍射,动态光散射等先进分析技术,可以提供纳米粒子大小分布,结晶性,稳定性的宝贵见解。
通过使用这些特征技术,研究人员和工程师可以优化合成和修改过程,实现纳米粒子中期望的分散性和稳定性。
高分散性和高稳定性纳米粒子技术的应用在广泛的领域具有潜力。
在医学领域,正在探索纳米粒子,以便有针对性地提供药物、成像和治疗。
这些纳米粒子的高度分散性和稳定性使得能够精确控制它们与生物系统的相互作用,从而提高功效并减少副作用。
同样,在电子工业中,高度分散和稳定的纳米粒子的发展正在推动纳米电子、传感器和储能装置等领域的进步。
第三章 纳米粉体的分散

河南理工大学材料学院
第三章 第1节
超声分散机理
❖ 气泡可重新溶解于气体中,也可上浮并消失,也 可能脱离超声场的共振相位而溃陷。
❖ 这种空化气泡在液体介质中产生、溃陷或消失的 现象,就是空化作用
❖ 空化作用会产生局部的高温高压,并产生巨大的 冲击力和微射流,纳米粉体在其作用下,表面能 被削弱,从而实现对纳米粉体的分散作用
采用电位滴定法确定离解度随pH的变化
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第三章 第3节
❖ 实验步骤
1、在聚合物酸溶液中加几滴HNO3,pH值调至2.5 2、加入KNO3电解质以维持其离子强度,用标准NaOH溶液
滴定至pH=12.5,记录pH值随NaOH加入量的变化 3、滴定空白曲线:相同离子强度不含聚合物酸的溶液用相
δ0
ZrO2
pH值 ❖ 当pH<4时,聚丙烯酸(PAA)
第二章第一节 分散系

比较三种分散系:
分散系 悬浊液 (沙与水) 乳浊液 (油与水) 分散 分散质 剂 水 水 粘土 油 特征 浑浊,静置 后分层 浑浊,静置 后分层 分散质微 粒 小颗粒 小液滴 分散质微 粒直径 >100nm >100nm
胶体 (淀粉 胶体、氢氧 化铁胶体) 溶液 (KCl与水)
水
淀粉、 澄清透明均 一稳定 氢氧化 铁分子 聚集体
硝酸钾 澄清透明均 一稳定
大分子或 分子离子 的集合体
小分子、 离子
1-100nm
水
<1nm
三、常见的胶体
(1) Fe(OH)3、Al(OH)3 胶体, 因Fe3+、Al3+ 水解而成 Fe(OH)3胶体制备方法:将浓FeCl3溶液滴入沸水中得红褐 色胶体。 (2) 原硅酸胶体,由Na2SiO3水解而成,或由Na2SiO3与盐酸 发生复分解反应而成 (3) 肥皂水胶体,由C17H35COONa水解而成。 (4) 淀粉胶体溶液,蛋白质胶体溶液。 (5) 江河之水,自然水中除海水、地下水不是胶体外,多为 胶体。在江河入海口处与海水相遇时,发生凝聚而形成 三角洲。 (6) 烟、云、雾。
血液透析所使用的半透膜厚度为 10 - 20微米,膜上的孔径平均为3纳米,所以 只允许分子量为 1.5 万以下的小分子和部 分中分子物质通过,而分子量大于 3.5 万 的大分子物质不能通过。因此,蛋白质、 致热源、病毒、细菌以及血细胞等都是 不可透出的;尿的成分中大部分是水, 要想用人工肾替代肾脏就必须从血液中 排出大量的水分,人工肾只能利用渗透 压和超滤压来达到清除过多的水分之目 的。现在所使用的人工肾即血液透析装 置都具备上述这些功能,从而对血液的 质和量进行调节,使之近于由一种(或几种)物质的微粒分散于 另一种物质里形成的混合物。 2.分散质: 分散系中分散成微粒的物质。 3.分散剂: 分散系中微粒分散在其中的物质。
第二章分散系及其分类 胶体

第一节 物质的分类
二、分散系及其分类 分散系、分散质、分散剂
分散系:把一种(或多种)物质分散在另一 种(或多种)物质中所得到的体系。 分散质:被分散的物质。
分散剂:起容纳分散质作用的物质。
(二)分散系的分类:
1、按照分散质和分散剂所处的状来态分,有 类型9种。
2、按分散质粒子直径可大分小为 种 :三
电场作用下胶体有什么表现? 动画演示
阴极附近的颜色逐渐变深,阳极附近的颜色逐渐变浅
(3).电泳:
在外加电场作用下, 胶体粒子在分散剂里向电极 (阴极或阳极) 作定向移动的现象, 叫做电泳。
胶粒带电规律:
(1)金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒吸附阳 离子带正电。如:Fe(OH)3胶体
(2)非金属氧化物、金属硫化物、硅酸、土壤 胶体吸附阴离子带负电。如:H2SiO3胶体 (3)淀粉胶粒.蛋白质胶粒不带电荷
渗析:利用半透膜分离胶体中的杂质分子
或离子,提纯, 精, 烧杯中能够检测出的是: 氯化钠 检测不出的是:淀粉
动画演示1 动画演示2
3、胶体的性质
Fe(OH)3胶体
可以看到一条光亮 的通路
丁达尔现象
CuSO4溶液
看不到光亮的 通路 不发生丁达尔现象
(1)丁达尔效应
现象: 光束通过胶体时,在入射光侧面
可观察到光亮的“通路”。
成因:胶体粒子对光线的散射作用。
应用:胶体能发生丁达尔效应,而溶液
不能。丁达尔效应是区别溶液与胶体常用 的物理方法。
(2)、布朗运 动
悬浮微粒永不停息地做 无规则运动的现象.
➢布朗运动并 不是胶体粒子 特有的运动方 式
(4)介稳定性
分散系 溶液
第二章_分散体系的形成

2013-8-16
分散相与分散介质
把一种或几种物 质分散在另一种物质 中就构成分散体系。 其中,被分散的物质 称为分散相(dispersed phase),另一种物质 称为分散介质 (dispersing medium)
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例如:云,牛奶,珍珠
分散体系分类
分类体系通常有三种分类方法:
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胶粒的结构
胶粒的结构比较复杂,先有一定量的难溶物分子
聚结形成胶粒的中心,称为胶核;
然后胶核选择性的吸附稳定剂中的一种离子,形
成紧密吸附层;由于正、负电荷相吸,在紧密层外形
成反号离子的包围圈,从而形成了带与紧密层相同电
荷的胶粒;
胶粒与扩散层中的反号离子,形成一个电中性的胶团。
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现代胶体化学—第二章
2013-8-16
第二章
2.1 引言
分散体系的形成与性质
2.2 分散体系的形成法
2.3 溶胶的净化
2.4 晶核与结晶生长动力学 2.5 新相形成的热力学基础
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2.1
分散相与分散介质
分散体系分类 憎液溶胶的特性 胶粒的结构 胶粒的形状
引言
比表面
物质性质的尺寸依赖性
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溶胶的制备—分散法
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溶胶的制备---凝聚法
C.氧化还原反应制备硫溶胶
2H2S(稀)+ SO2(g) → 2H2O +3S (溶胶)
Na2S2O3 +2HCl → 2NaCl +H2O +SO2 +S (溶胶)
D.还原反应制金溶胶
2HAuCl4(稀)+ 3HCHO +11KOH
第二章溶胶凝胶法ppt课件(2024版)
醇-金属醇盐体系的缩聚反应
M(OR)n+xH2OM(OH)x(OR)n-x+xROH -M-OH + HO-M- -M-O-M- + H2O -M-OH + RO-M- -M-O-M- +ROH
S ( O i ) 4 S H ( O i ) 4 H ( O ) 3 S H O iS ( O i ) 3 H
光源
凸透镜
Fe(OH)3胶体
光锥
丁达尔效应示意图
2
2. 溶胶(sol) 具有液体特征的胶体体系,在液体介质中分散了 1~100nm粒子(基本单元)。
溶胶的特点: (1)溶胶不是物质而是一种“状态”
3
(2)溶胶与溶液的相似之处 溶质+溶剂→溶液 分散相+分散介质→溶胶(分散系)
分散相
液体 固体 气体 液体 固体 液体 气体
Si(OCH3)4(液体) > Si(OC2H5)4(液体) > Si(OC3H7)4(液体) > Si(OC4H9)4
② 在制备多组分氧化物溶胶时,不同元素醇盐的 水解活性不同
选择合适的醇盐品种,可使它们的水解速率达到较好 的匹配,从而保证溶胶的均匀性。
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③ 起始溶液中的醇盐浓度必须保持适当 作为溶剂的醇加入量过多时,将导致醇盐浓度
1 预热到30C 控制在35C-
3 60C之间
B: 6 ml无水乙醇 2 ml乙酸 1.5ml浓盐酸 3 ml蒸馏水
A:23ml无水乙醇 20ml钛酸丁脂
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淡黄色透 静置5—10min 明冻状溶 红外灯照射1—2h
胶
黄色干凝胶
80C恒温5h 干凝胶粉末
不同温 度焙烧
《物质的分散系》胶体的聚沉现象
《物质的分散系》胶体的聚沉现象在我们的日常生活和自然界中,物质以各种不同的形态和状态存在着。
其中,胶体是一种非常特殊且重要的分散系。
而胶体的聚沉现象,更是蕴含着丰富的科学原理和实际应用。
首先,让我们来了解一下什么是胶体。
胶体是一种分散质粒子直径在1 100 纳米之间的分散系。
它的外观看起来均匀、透明或者半透明。
比如,我们常见的牛奶、豆浆、烟雾等都属于胶体。
那么,胶体为什么会发生聚沉呢?这主要是因为胶体粒子带有电荷,同种胶体粒子带同种电荷,彼此之间相互排斥,从而能够稳定地分散在分散剂中。
然而,当外界条件发生改变时,这种稳定状态就会被打破,胶体粒子就会聚集在一起,形成较大的颗粒而发生聚沉。
导致胶体聚沉的方法有很多。
第一种常见的方法是加入电解质。
电解质在溶液中电离出的离子会中和胶体粒子所带的电荷,使得胶体粒子之间的斥力减小,从而聚集沉淀。
比如说,向氢氧化铁胶体中加入硫酸溶液,氢氧化铁胶体就会迅速聚沉,形成红褐色沉淀。
第二种方法是加热。
温度升高会使胶体粒子的运动加剧,碰撞机会增多,从而破坏胶体的稳定性,导致聚沉。
例如,长时间煮沸豆浆,豆浆就会发生聚沉,变成豆腐。
第三种方法是加入带相反电荷的胶体。
当两种带相反电荷的胶体混合时,由于电荷中和,胶体粒子会迅速聚沉。
比如,将氢氧化铁胶体和硅酸胶体混合,它们会立即发生聚沉。
胶体的聚沉现象在生活和生产中有着广泛的应用。
在净水过程中,我们常常使用明矾来净水。
明矾在水中会电离出铝离子,铝离子水解生成氢氧化铝胶体。
氢氧化铝胶体能够吸附水中的杂质,当杂质吸附到一定程度时,胶体发生聚沉,从而使杂质沉淀下来,达到净水的目的。
在豆腐的制作过程中,也利用了胶体的聚沉。
将豆浆加热,并加入卤水或者石膏等电解质,豆浆中的蛋白质胶体就会发生聚沉,形成豆腐。
在自然界中,也有胶体聚沉的现象。
比如,在江河入海口处,河水携带的泥沙形成胶体。
当海水(含有大量电解质)与河水相遇时,胶体发生聚沉,逐渐形成三角洲。
物理化学下册ppt第二章 胶体化学
可见光的波长:400 ~ 760 nm 溶胶粒子直径:1 ~ 1000 nm
溶胶可发生光散射
2. Rayleigh 公式
1871年Rayleigh对非导电的、球形粒子的稀溶胶系 统,导出了单位体积溶胶的散射强度:
I= 9π 22V 4l2 2Cn n 22 2 n n 0 20 221co2 s I0
x
RTt
3Lπr
1/
2
(1)
x : t 时间内粒子的平均位移; r : 粒子半径 L:阿伏加德罗常数;
:分散介质粘度
2. 扩散
扩散:有浓度梯度存在时,物质粒子因热运动而发生宏 观上的定向迁移
溶胶系统中,溶胶粒子因布朗运动由高“浓度” 向低 “浓度”的定向迁移过程——溶胶粒子的扩散
可用Fick第一定律来描述此种扩散:
沉降与扩散为粒子受到的两个相反的作用
沉降 扩散 分散相分布
真溶液 粗分散系统 胶体系统
平衡
均相 沉于底部 形成浓梯
构成沉降平衡时,粒子 沿高度方向形成浓度梯度 (如图),粒子在底部数密度 较高,上部数密度较低。
对微小粒子的沉降平衡,贝林(Perrin)导出粒子浓度 随高度的分布定律:
ln C C 2 1=-R M T g骣 琪 琪 桫 1- rr0(h 2-h 1)
小分子 离子 原子
均相,热力学稳定系统, 氯化钠或蔗糖
扩散快、能透过半透膜, 的水溶液。混
形成真溶液
合气体等
溶胶
1 < d <1000nm 胶体粒子 多相,热力学不稳定系 金溶胶,氢氧
统,扩散慢、不能透过 化铁溶胶
胶
半透膜,形成胶体
体 分 散
高分子溶液
1 < d <1000nm
第二章-纳米及其基本性质
3
2.1 维数
0维: 指在空间3维尺度均在纳米尺度
1维:指在空间有2维处于纳米尺度
2维:指在空间中有1维在纳米尺度
3维:纳米固体,由纳米微粒组成的体相材料
A
B
C
4
2.1 维数 0维: 指在空间3维尺度均在纳米尺度
1985年,科尔、科罗脱和斯麦利发现了C60 团簇,也叫巴基球,C60直径大约是1纳米。 5
第二章 纳米材料及其 基本性质
1
第一节 纳米材料
一、纳米材料学 关于纳米材料的性质、合成、结构及其变化规
律和 应用的一门学科。
纳米粉体材料及其衍生材料的工艺技术路线
结构与性能的关系
基础应用等
2
二、纳米材料
三维空间中至少有一维尺寸小于100 nm的材 料或
由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材 料。
金纳米微粒的粒径与熔点的关系
33
物质熔点下降的程度: T 2 slT0 rH
△T:块状物质熔点(T0)与纳米颗粒熔点(T)之差;
γSL :为固液界面张力;
ρ:密度;△H为熔化热;r为颗粒粒径。
纳米颗粒熔点下降的原因: 熔化时所需增加的内能小得多,这使得纳米颗粒 熔点急剧下降。
34
2、纳米颗粒的蒸汽压 上升
被电子占满的允许带称为满带,每一个能 级上都没有电子的能带称为空带
54
价带(Valence Band):原子中最外层的电 子称为价电子,与价电带。 导带(Conduction Band):价带以上能量 最低的允许带称为导带。 导带的底能级表示为Ec,价带的顶能级表 示为Ev,Ec与Ev之间的能量间隔为禁带Eg
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利用沉降平衡求颗粒粒径
1. 斯托克斯阻力公式
❖ 斯托❖克雷斯(诺S数to是ke流s)体假流定动流中体惯绕过性球力体与的速度 很缓慢粘,即性呈力层比流值态。球体阻力公式为
(2)按分散相和介质聚集状态分类
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为
不同状态时,则形成不同的固溶胶:
固-固溶胶
固-液溶胶
有色玻璃,不完全互溶的合金 珍珠,某些宝石
固-气溶胶 泡沫塑料,沸石分子筛
(2)按分散相和介质聚集状态分类
3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
相为固体或液体时,形成气-固或气-液溶胶,但没 气-气溶胶,因为不同的气体混合后是单相均体系 ,不属于胶体范围
通过大量观察,得出结论:粒子越小,布朗运动 越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变,但随温 度的升高而增加。(播放短片)
Brown运动的本质
1905年和1906年爱因 斯坦(Einstein)和斯莫鲁霍 夫斯基(Smoluchowski)分 别阐述了Brown运动的本质。
认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力 对胶体粒子不断撞击而产生的,由于受到的力不平衡,所 以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增 大,撞击的次数增多,而作用力抵消的可能性亦大。
当半径大于5 m,Brown运动消失。
Brown运动的本质
第二章 第2节
❖ 爱因斯坦利用分子运动论,并假定胶体粒子是球 形的,得到粒子作布朗运动移动的平均位移公示
x R NAT 3πt ηr3R NAtT rf(T,,r)
x--观察时间t内的平均位移 r--微粒的半径 η--介质的粘度 NA--阿伏加德罗常数
(3)按胶体溶液的稳定性分类
2.亲液溶胶 胶体中的分散相粒子与分散介质是彼此润湿的。 一旦将溶剂蒸发,分散相粒子便会析出,再加入 溶剂,又可形成溶胶。 亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。
第二章 第1节
❖ 亲液溶胶和疏液溶胶 根据分散相是否亲液 判断依据是体系经干燥后能否被再次分散。
❖ 亲液溶胶是热力学稳定、可逆的体系 ❖ 疏液溶胶属于热力学不稳定体系。即需要外力来
3、根据分散相是否亲液,胶体可以区分 为哪两种类型?判断依据是什么?分 别具有哪些特点?
第2节 胶体的动力学性质
胶体的动力学性质
• Brown 运动 • 胶粒的扩散 • 溶胶的渗透压 • 沉降平衡
布朗运动
1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到 悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。
❖分 散 相:分散体系中被分散的物质 ❖分散介质:分散相所分散其中的物质
常见的分散体系
云
牛奶
珍珠
分散体系分类
分类体系通常有三种分类方法: •分子分散体系
按分散相粒子的大小分类:•胶体分散体系 •粗分散体系 •液溶胶
按分散相和介质的聚集状态分类:•固溶胶 •气溶胶
按胶体溶液的稳定性分类:•憎液溶胶 •亲液溶胶
破坏粒子间的团聚,才能稳定存在一段时间。同 时其稳定向受体系盐浓度的影响。 ❖ 如果用水作为分散介质(溶剂),则胶体被分成 亲水体系和疏水体系。 ❖ 本课程研究的纳米粉体的分散属于疏水体系
作业
1、名词解释: 分散体系、分散相、分散介质
2、根据分散相粒子大小不同,举例说明 分散体系可区分为那些类型,各自的 特性有哪些?
气-固溶胶 烟,含尘的空气
气-液溶胶 雾,云
第二章 第1节
❖胶体的本质:是物质以一定分散程度 而存在的一种状态,而不是一种特殊 物质的固有状态
胶体体系的3个特征
1、高度分散的多相性 2、动力学稳定 3、热力学不稳定性
(3)按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中,有很大的相界面,易聚沉,是 热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉,再加入介质就无法再形成 溶胶,是 一个不可逆体系,如氢氧化铁溶胶、碘 化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
沉降平衡
达到沉降平衡时,粒子随高度分布的 情况与气体类似,可以用高度分布定律。
如图所示,设容器截面积为A,
粒子为球型,半径为r,粒子与介质
的密度分别为和
,在
0Hale Waihona Puke x1和x2处单位体积的粒子数分别N1,N2,
为渗透压,g为重力加速度。
在高度为dx的这层 溶胶中,使N个粒子下 降的重力为:
NAdx4 3r3(0)g
❖ 这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度 、温度以及观察时间等联系起来。
沉降平衡
溶胶是高度分散体系,胶 粒一方面受到重力吸引而下降, 另一方面由于布朗运动促使浓 度趋于均一。
当这两种效应相反的力相 等时,粒子的分布达到平衡, 粒子的浓度随高度不同有一定 的梯度,如图所示。
这种平衡称为沉降平衡。
3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm,目测是混浊不均匀体
系,放置后会沉淀或分层,如黄河水。
(2)按分散相和介质聚集状态分类
1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相
为不同状态时,则形成不同的液溶胶:
液-固溶胶: 油漆、AgI溶胶等
液-液溶胶: 牛奶、石油原油等乳状液
液-气溶胶: 泡沫
(1)按分散相粒子的大小分类
1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶,
没有界面,是均匀的单相,分子半径大小在10-9 m以 下 。通常把这种体系称为真溶液,如CuSO4溶液。 2.胶体分散体系
分散相粒子的半径在1 nm~1000nm之间的体系。目 测是均匀的,但实际是多相不均匀体系。
后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等 的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动 为布朗运动。
但在很长的一段时间里,这种现象的本质没有 得到阐明。
布朗运动
1903年发明了超显微 镜,为研究布朗运动提供 了物质条件。
用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动,从 而能够测出在一定时间内 粒子的平均位移。
第二章 纳米粉体分散的胶体科学基本原理
1
胶体状态的本质
2
胶体的动力学性质
3 胶体的表面电荷及双电层结构
4
胶体的电动现象
5
胶体的稳定与失稳
6 分子间作用力及宏观物体的相互作用能
纳米材料导论-第一章
第二章 纳米粉体分散的胶体科学基本原理
第1节 胶体状态的本质
第二章 第1节
❖分散体系:把一种物质或几种物质分散在 另一种物质中所构成的体系