微乳法制备纳米粒子全解.ppt

讲课内容 第一部分：有关纳米粒子的简单介绍 第二部分：微乳法的相关内容 第三部分：微乳法制备纳米粒子的举例 1.纳米材料 1.1表面效应 表面效应是指纳米颗粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后引起的性质上的变化。纳米粒子尺寸小，表面能高，表面原子占相当大的比例。 下表表列出纳米粒子尺寸与表面原子数的关系，可以看出随着粒径的减小表面原子数迅速增加。这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。这样高的比表面，使处于表面的原子数越来越多，同时表面能迅速增加。Cu纳米粒子粒径从100nm→ 10nm→1nm，其比表面积和表面能增加了2个数量级。 1.2.小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对纳米粒子而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。 （1）特殊的光学性质 （2）特殊的热学性质 （3）特殊的磁学性质 （4）特殊的力学性质 纳米粒子的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。 1.3.量子尺寸效应 微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱阙值向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应。 Kubo理论：金属纳米粒子的能级间距 δ＝4Ef /3N Ef为费米能级，N为纳米粒子的原子数。 1.4.宏观量子隧道效应 隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。 第二部分微乳的定义、发展及相关介绍 1.微乳的发展 1.自1943年Hoar和Schulman发现热力学稳定的油－水－表面活性剂－助表面活性剂均相体系，并于1959年定义为微乳液以来，微乳的理论和应用研究都获得了长足的发展，使微乳成为界面化学的一个重要并且是十分活跃的分支。 2.在发生石油危机的70年代，微乳体系因在三次采油中显示出巨大的潜力而迎来了其发展的三次高潮。 3.80年代特别是90年代以来，微乳的应用研究又向三次采油以外的其他多个领域急剧扩展，目前微乳化技术已渗透到日用化工、精细化工、石油化工、材料科学、生物技术以及环境科学等领域，成为当今国际上热门的、具有巨大应用潜力的研究领域。 2.表面活性剂 表面活性剂：从分子结构上看，有非极性的“链尾”和极性的“头基”两部分组成。 非极性部分是直链或支链的碳氢键或碳氟链，它们与水的亲和力极弱，而与油有较强的亲和力，因此被称为憎水基或亲油基。极性头基为正、负离子或极性的非离子，它们通过离子偶极－偶极作用与水分子强烈相互作用并且是水化的，因此被称为亲水基或头基。 这类分子即亲水又亲油的双亲性质，因此称为双亲分子。 3.亲水－亲油平衡(HLB)理论 在油－水－表面活性剂的的体系当中，当表面活性剂的亲水性远大于亲油性时，表面活性剂表现为水溶性，反之表现为油溶性，当亲水性与亲油性相当时，则称为亲水与亲油达到了平衡。于是产生了亲水亲油平衡(hydrophile-lipophile balance)的概念,简称HLB。这样，表面活性剂在水/油两相中的分布取决于HLB。表面活性剂的HLB在乳状液、增溶、微乳液以及其它许多应用领域中至关重要。 4.微乳液、胶团溶液、乳状液的总述 普通乳状液，简称乳状液(emulsion)，是一种液体在另一种与之不互溶的液体(通常是油和水)中的分散体系。由于分散相质点较大，乳状液易发生沉降、絮凝、聚结，最终分成油和水两相。因此，乳状液是热力学不稳定体系，只能靠所谓的乳状剂维持相对稳定。 胶团溶液则是另一种热力学稳定的液/液分散体系，其中油或水作为分散相分别憎溶于表面活性剂胶团和反胶团(reverse micelle)中。 乳状液也是两种不互溶的分散体系，但分散相质点非常小(10～100nm)，以致布郎运动使其趋向于保持在悬浮状态，因此是热力学稳定体系。 4.1 .乳状液 定义：becher 乳状液是一个非均相体系，其中至少有一种液体以液珠的形式分散在另一种液体中，液体直径一般大于0μm。此种体系皆有一个最低的稳定度，这个稳定度可因为有表面活性剂或固定粉末之存在而大大增加。 这个定义包括以下几个内容：⑴乳状液是多相体系，至少包括两个相；⑵至少有两个液相；⑶这两个液相必须不互溶；⑷至少有一个相分散于另一相中；⑸规定了液珠的大小；⑹热力学不稳定体系，通过加入第三组分可增加其稳定性。 制备乳状液的方法 根据热力学理论，乳状液不能自发形成，因此要使一个油/水体系变成乳状液，必须由外界提供能量。