纳米颗粒的团聚与分散

纳米颗粒团聚的原因

纳米颗粒在制备过程中，由于冲击、摩擦及粒径的减小，表面积累了大量的正电荷或负电荷。因颗粒形状各异、极不规则，造成表面电荷在颗粒的拐角及凸起处聚集，凸起之处或带正电或带负电。而且在空气中，颗粒还因传导、摩擦、感应等原因带电，这些带电颗粒极不稳定，在静电库仑力的作用下，极易发生团聚。

当材料超细化到一定粒径以下时，颗粒间的距离极短颗粒间的范德华力远远大于颗粒自身重力。同时，颗粒之间的静电吸引力、毛细管力等较弱的相互作用力越来越明显，表面原子数比例大大增加，使得纳米颗粒表面活性增强，颗粒间吸引力增大，因此产生团聚。

材料在粉碎过程中，吸收了大量的机械能和热能，颗粒表面具有相当高的表面能，颗粒处于极不稳定的状态。颗粒为了降低表面能，往往通过相互聚集靠拢而达到稳定状态因而引起颗粒团聚。

由于纳米颗粒之间表面的氢键、吸附及其他化学键的作用，也容易导致颗粒之间相互黏附聚集。

纳米颗粒分散的胶体

把一种物质或几种物质分散在另一种物质中就构成了分散体系，分散程度不同，可以分为粗分散体系(颗粒粒径>100nm)、胶体分散体系(颗粒粒径1~100nm)和溶液体系(颗粒粒径纳米颗粒的分散始终具有热力学不稳定性，需要外力(如搅拌、超声等)的参与使其保持一定的动力学稳定性，而且其稳定程度受体系盐浓度的影响。

胶体粒子的双电层结构及其电位分布示意图

粒子的中心，是由数百以至数万个分散相固体物质分子组成的胶核。

在胶核表面，有一层带同号电荷的离子，即电位离子层，电位离子层构成了双电层的内层，电位离子所带的电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性正负和数量多少决定了双电层总电位的符号和胶体粒子的整体呈现为电中性。

为了平衡电位离子所带的表面电荷，液相一侧必须存在与表面电荷相等而电性与电位离子相反的离子，即反离子。反离子层构成了双电层的外层，其中紧靠电位离子的反离子被电位离子牢固吸引着，并随胶核一起运动，称为反离子吸附层。

吸附层的厚度一般为几纳米它和电位离子层一起构成胶体粒子的固定层。固定层外围的反离子由于受电位离子的引力较弱，受热运动和水合作用的影响较大，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，称为反离子扩散层。扩散层中，反离子浓度呈内浓外稀的递减分布，直至与溶液中的平均浓度相等。

固定层与扩散层之间的交界面称为滑动面。当胶核与溶液发生相对运动时胶体粒子就沿滑动面一分为二，滑动面以内的部分是一个作整体运动的动力单元，称为胶粒。由于其中的反离子所带电荷数少于表面电荷总数，所以胶粒总是带有剩余电荷。剩余电荷的电性与电位离子的电性相同，其数量等于表面电荷总数与吸附层反离子所带电荷之差。胶粒和扩散层一起构成电中性的胶体粒子。

纳米催化剂分散的方法

超声

超声分散是将需处理的颗粒悬浮体直接置于超声场中，用适当频率和功率的超声波加以处理，是一种强度很高的分散手段。超声波分散作用的机理目前普遍认为与空化作用有关。

本文源自微信公众号：材料er

原文标题：《纳米颗粒的团聚与分散》

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