第6章表面活性剂在溶液中的自聚.ppt

第6章 表面活性剂在溶液中的自聚 6.1分子有序组合体 6.1.1 分子有序组合体的概述及类型 表面活性剂分子由于疏水作用，在水溶液内部发生自聚(self-assembly)，即疏水链向里靠在一起形成内核远离水环境，而将亲水基朝外与水接触。 表面活性剂在溶液中的自聚形成多种不同结构、形态和大小的聚集体。 由于这些聚集体内的分子排列有序，所以常把它们称为分子有序组合体或有序分子组合体，将这种溶液称为有序溶液。 6.1分子有序组合体 6.1.1 分子有序组合体的概述及类型 最常见的分子有序组合体是胶团或胶束(micelle)。 除了普通胶团之外，其它的分子有序组合体还有反胶团（reversed micelle) 。 经常把微乳也归到分子有序组合体中。 溶致液晶、单分子层和多层聚集体、类脂黑膜和囊泡。 这些分子有序组合体在各种过程，如：润湿、铺展、起泡、乳化、加溶、分散、洗涤中发挥重要作用。 12.2 在纳米材料研究中的应用 * 纳米材料的四大特性 1. 纳米材料的表面效应 纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。 粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。 12.2 在纳米材料研究中的应用 *纳米材料的四大特性 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。 对纳米颗粒而言尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，产生一系列新奇的性质。 12.2 在纳米材料研究中的应用 *纳米材料的四大特性 2. 小尺寸效应 金属纳米颗粒对光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移 小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料有明显的区别，由磁有序态向磁无序态，超导相向正常相转变。 与大尺寸固态物质相比纳米颗粒的熔点会显著下降，例如2nm的金颗粒熔点为600K，随着粒径增加熔点迅速上升，块状金为1337K。 12.2 在纳米材料研究中的应用 *纳米材料的四大特性 3. 量子尺寸效应 大块材料的能带可以看成是连续的，而介于原子和大块材料之间的纳米材料的能带将分裂为独立的能级。 能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能、或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子效应。 12.2 在纳米材料研究中的应用 *纳米材料的四大特性 3. 量子尺寸效应 这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。 如CdS微粒由黄色逐渐变为浅黄色，金的微粒失去金属光泽而变为黑色等。 同时，纳米微粒也由于能级改变而产生大的光学三阶非线性响应，还原及氧化能力增强，从而具有更优异的光电催化活性。 12.2 在纳米材料研究中的应用 *纳米材料的四大特性 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。 6.1分子有序组合体 6.1.1 分子有序组合体的概述及类型 1980年Thomas提出“Organized Assemblies”的概念。这种体系是由表面活性剂分子在溶液中形成有方向性、有序排列的缔合结构。 在国内相应地用“分子有序组合体”或“分子有序聚集体”表述。 这些分子有序组合体在不同介质中表现出不同的形态和性质，从而表现出各种各样的应用功能和令人鼓舞的应用前景。 6.1分子有序组合体 6.1.2 分子有序组合体的基本结构特征 1. 分子有序组合体的种类 当表面活性剂的浓度超过其临界胶束浓度后，就在水溶液中形成胶团，胶团的形状不同，有球形、扁球形及棒状等。 此外，在不同的环境及条件下，又可以形成反胶团、微乳液、层状液晶、六方柱液晶、立方状液晶及囊泡等各种分子有序组合体。 6.1分子有序组合体 6.1.2 分子有序组合体的基本结构特征 2. 分子有序组合体的共性 从排列形式上看，都是由表面活性剂极性基团朝向水、非极性基远离水或朝向非水溶剂形成 缔合在一起的非极性基团在水溶液中形成非极性微区，聚集在一起的极性基团也在非水溶液中形成极性微区 从组合形式上看，定向排列的两亲分子单层是它们共同的基础结构单元，不同的是结构单元的弯曲特性和多个结构单元间的组合关系。 6.1分子有序组合体 6.1.3分子有序组合体的形成机制 1.