納米粉體的表面改性演示文稿

納米粉體的表面改性演示文稿目前一頁\總數(shù)七十頁\編于十八點（優(yōu)選）納米粉體的表面改性目前二頁\總數(shù)七十頁\編于十八點第九章納米粉體的表面改性表面改性是指用物理、化學方法對粒子表面進行處理，有目的地改變粒子表面的物理化學性質(zhì)，如表面原子層結(jié)構(gòu)和官能團、表面疏水性、電性、化學吸附和反應(yīng)特性等控制納米粉體的表面化學組成以及對其表面進行改性是得到高附加值納米粉體的關(guān)鍵目前三頁\總數(shù)七十頁\編于十八點表面改性的重要應(yīng)用：納米粉體的潤濕和附著特性改善納米粉體在基體中的分散行為，提高其催化性能改善粉體與基體的界面結(jié)合能等納米粉體改性的重要應(yīng)用領(lǐng)域：納米制造、納米排列、自組裝、納米傳感器、生物探針、藥物輸送、涂料、光催化劑等目前四頁\總數(shù)七十頁\編于十八點納米粉體表面改性基本原理：

在顆粒表面引入一層包覆層，形成由“核層”和“殼層”組成的復(fù)合粉體。殼層既可以是無機物質(zhì)也可以是有機物質(zhì)目前五頁\總數(shù)七十頁\編于十八點表面改性的作用通過改性，可是納米顆粒具有生物兼容性、提高熱、機械及化學穩(wěn)定性改變納米粉體的光、磁、電、催化、潤濕性以及燒結(jié)性提高納米顆粒的耐腐蝕性、耐久性和使用壽命目前六頁\總數(shù)七十頁\編于十八點納米粉體的表面改性方法：氣相沉積法機械球磨法高能量法化學反應(yīng)法(最重要的方法)化學反應(yīng)法利用有機官能團等使粒子表面進行化學吸附或化學反應(yīng)，以使表面改性劑覆蓋粒子表面目前七頁\總數(shù)七十頁\編于十八點第九章納米粉體的表面改性第1節(jié)溶膠-凝膠法目前八頁\總數(shù)七十頁\編于十八點溶膠-凝膠過程指無機前驅(qū)體通過各種反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

Fig.1Schematicofsphericalparticlesgelwithcoordinationnumberof3(a),SEMimagesofthecrosssectionofdrygelsampleofPSmicro-spheres(b).目前九頁\總數(shù)七十頁\編于十八點溶膠-凝膠反應(yīng)金屬醇鹽的水解和縮合反應(yīng)(最常見的溶膠-凝膠反應(yīng)):

水解反應(yīng)M(OR)4+H2OHO-M(OR)3+ROHM(OH)4+4ROH縮合反應(yīng)(OR)3M-OH+HO-M(OR)3(RO)3M-O-M(OR)3+H2O(OR)3M-OH+RO-M(OR)3(RO)3M-O-M(OR)3+ROH

M代表金屬；R代表烷基目前十頁\總數(shù)七十頁\編于十八點采用溶膠-凝膠法可對納米粉體、晶體以及納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進行表面包覆圖、溶膠-凝膠包覆過程(a)納米顆粒;(b)晶體;(c)雙連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)目前十一頁\總數(shù)七十頁\編于十八點溶膠-凝膠法中，最常用的表面修飾劑是二氧化硅

A、涂覆在涂料、顏料表面以改善其膠體穩(wěn)定性B、包覆在金顆粒表面起到穩(wěn)定作用C、包覆在磁性顆粒表面提高磁流體的穩(wěn)定性D、包覆在BaTiO3表面阻止其溶解E、包覆在CdS表面起到光解保護作用總之，SiO2作為表面修飾劑，其功能是多種多樣的目前十二頁\總數(shù)七十頁\編于十八點1、SiO2在金屬顆粒表面的包覆0510152025300510152025R=1nmR=10nm顆粒間距/nm相互作用能/kT圖.金顆粒間的相互作用能曲線根據(jù)DLVO理論，間距間距下，顆粒間的排斥作用能隨顆粒尺寸的減小而減小，因此納米顆粒極易團聚通常，顆粒間的作用能在5～10kT之間，才具有膠體穩(wěn)定性目前十三頁\總數(shù)七十頁\編于十八點SiO2作為顆粒表面包覆劑的原因：

1、SiO2粉體即使在等電點pH值（=2）處也不發(fā)生團聚；

SiO2的等電點2、在中性及較高的鹽濃度條件下也很穩(wěn)定等電點目前十四頁\總數(shù)七十頁\編于十八點使用SiO2包覆顆粒，可使分散體系在較高相濃度（體積百分數(shù)）下保持良好的穩(wěn)定性，且不受pH值和鹽濃度的影響包覆SiO2的納米顆?？赏ㄟ^硅烷化具有憎水性，從而易于在玻璃、聚合物、薄膜及非水介質(zhì)中分散目前十五頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、SiO2包覆納米Ag顆粒的TEM照片目前十六頁\總數(shù)七十頁\編于十八點SiO2包覆銀顆粒的特點包覆層的厚度隨陳化時間的增加而加厚陳化：沉淀完全后,讓初生成的沉淀與母液一起放置一段時間,這個過程稱為“陳化”

包覆了SiO2的銀顆粒，表現(xiàn)出了類似于SiO2粉體的特性，表現(xiàn)在于：A、電泳移動性介于純SiO2和Ag顆粒之間B、顆粒的吸收光譜隨包覆層厚度的增加產(chǎn)生了紅移目前十七頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖.SiO2、Ag及包覆SiO2的Ag顆粒的電泳移動性目前十八頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、Ag顆粒及包覆SiO2的Ag顆粒的吸收光譜,隨包袱層厚度增加而產(chǎn)生紅移目前十九頁\總數(shù)七十頁\編于十八點Liz-Marzan成功在金顆粒表面包覆上SiO2層，不但起到穩(wěn)定作用，且可調(diào)控其光學性質(zhì).圖、SiO2包覆在納米Au顆粒表面(a)10nm;(b)58nm;(c)23nm;(d)83nm目前二十頁\總數(shù)七十頁\編于十八點2、SiO2在金屬氧化物表面的包覆采用正硅酸乙酯作為原料，通過優(yōu)化水解條件可在Fe2O3顆粒的表面包覆一層SiO2，使其易于分散在非水介質(zhì)中水解反應(yīng)：正硅酸乙酯Si(OEt)4與水反應(yīng)：反應(yīng)可延續(xù)進行，直至生成Si(OH)4

縮聚反應(yīng)，可分為失水縮聚和失醇縮聚，失醇縮聚：失水縮聚：目前二十一頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、SiO2包覆α-Fe2O3(a)和堿式碳酸釔(b)顆粒的TEM照片目前二十二頁\總數(shù)七十頁\編于十八點α-Fe2O3包覆SiO2有利于其在非水介質(zhì)中的分散碳酸釔包覆SiO2可防止其水解目前二十三頁\總數(shù)七十頁\編于十八點3、SiO2在其他納米粉體上的包覆Correa-Duarte用三甲基硅酸酯為原料，在納米CdS表面包覆SiO2，可抑制CdS的光降解圖、兩種納米CdS顆粒的紫外-可見吸收譜(a)以檸檬酸為穩(wěn)定劑；(b)包覆SiO2光照5min光照24h光照48h目前二十四頁\總數(shù)七十頁\編于十八點4、其他粉體的sol-gel表面包覆圖、在SiO2表面包覆TiO2的TEM照片(a)和高分辨TEM照片(b)目前二十五頁\總數(shù)七十頁\編于十八點獲得理想包覆層結(jié)構(gòu)的控制手段：

1、核心顆粒的數(shù)量、尺寸2、反應(yīng)物中不同試劑的比例

3、“核層”顆粒表面與前軀體具有較好的相容性目前二十六頁\總數(shù)七十頁\編于十八點第九章納米粉體的表面改性第2節(jié)異質(zhì)絮凝法目前二十七頁\總數(shù)七十頁\編于十八點異質(zhì)絮凝

是指帶正電荷和負電荷顆粒，因靜電吸引形成中性聚集體，并迅速聚沉的現(xiàn)象利用異質(zhì)絮凝可對納米粉體進行表面改性Kong等人用異質(zhì)絮凝法成功在四方相氧化鋯（TZP）的表面包覆了Al2O3包覆了Al2O3的TZP可較好分散到羥基磷灰石HAp中而形成一種復(fù)合材料，因為包覆層可抑制HAp和TZP間形成磷酸三鈣，且顯著提高材料的力學性能目前二十八頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、ZrO2和AlOOH的ξ電位隨pH值的變化目前二十九頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、ZrO2顆粒表面包覆AlOOH(a)陳化5h；(b)陳化15h目前三十頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、AlOOH在SiC粉體表面的包覆AlOOH的加入量分別為(a)1wt%;(b)5wt%;(c)10wt%;(d)15wt%SiC和Si3N4表面包覆AlOOH，可以改善粉體的流變性質(zhì)，并且可以提高其燒結(jié)能力目前三十一頁\總數(shù)七十頁\編于十八點為提高TiO2粉體在可見光區(qū)的吸收能力，有人用異質(zhì)絮凝法在α-Fe2O3納米顆粒表面包覆了TiO2鈦源選用鈦酸丁酯（TBOT），乙醇為溶劑，TBOT濃度在0.005～0.02mol/L稀釋的TBOT滴加到α-Fe2O3的懸浮液中，控制水解條件，即可得到TiO2包覆的α-Fe2O3包覆層的厚度隨α-Fe2O3納米濃度的增加而減小目前三十二頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、TiO2包覆α-Fe2O3的TEM照片CTBOT=0.020mol/L;Cα-Fe2O3=100mg/L(a);400mg/L(b);800mg/L(c)目前三十三頁\總數(shù)七十頁\編于十八點上述異質(zhì)絮凝例子均是調(diào)控體系pH值來實現(xiàn)的為改善包覆層的形貌、致密度等，也可引入不同的分散劑調(diào)節(jié)粉體表面帶點情況，以增加顆粒間的靜電吸引作用。Wang等在ZnO表面得到較好的SiO2包覆層，以聚乙烯亞胺（PEI）為分散劑提高ZnO表面電荷，得到均勻致密的SiO2的包覆層目前三十四頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、添加PEI后SiO2在ZnO表面形成均勻致密的包覆層目前三十五頁\總數(shù)七十頁\編于十八點采用異質(zhì)絮凝法包覆粉體時，“核層”顆粒通常要較“殼層”顆粒的尺寸大很多圖、25nm的SiO2包覆250nm的Al2O3的SEM照片目前三十六頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、表面改性后的Al2O3粉體的ξ電位隨pH值的變化目前三十七頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、pH值=9時添加4.5vol%的不同粒徑的SiO2對Al2O3漿料粘度的影響牛頓型流體剪切變稀型非牛頓型流體目前三十八頁\總數(shù)七十頁\編于十八點第九章納米粉體的表面改性第3節(jié)聚合物包裹法（PolymerCoatings）目前三十九頁\總數(shù)七十頁\編于十八點聚合物包裹納米粉體可在其表面引入有機分子，以改善、修飾納米粉體性質(zhì)：

抗腐蝕的屏蔽作用改善在有機介質(zhì)中的潤濕性和穩(wěn)定性復(fù)合材料中的界面調(diào)控作用錨定活性分子或生物分子使其具有生物功能性高分子包覆的顆粒在許多領(lǐng)域有重要應(yīng)用：

催化劑、合成橡膠、化妝品、粘接材料、墨水、顏料、靶向藥物等目前四十頁\總數(shù)七十頁\編于十八點聚合物包覆納米顆粒的方法有2種：1、吸附或反應(yīng)使有機分子包裹在粉體表面；2、通過有機單體在納米粉體表面的聚合形成包覆層目前四十一頁\總數(shù)七十頁\編于十八點1、通過吸附或化學反應(yīng)、共聚反應(yīng)包裹Caseri等人在TiCl4水解過程中加入4-十二烷基苯磺酸納（DBSA），水解產(chǎn)物用甲苯萃取、提純得到經(jīng)DBSA表面改性的金紅石相的TiO2粉體包覆DBSA的TiO2粉體中，DBSA通過磺酸基吸附在粉體表面，疏水性的十二烷基遠離表面SO3CH3TiO2目前四十二頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、經(jīng)DBSA包覆的TiO2粉體的熱重曲線吸附水脫附DBSA分解目前四十三頁\總數(shù)七十頁\編于十八點改性后的TiO2粉體能夠均勻分散在甲苯溶液中，如右圖所示圖、改性后的TiO2在甲苯中分散的TEM照片目前四十四頁\總數(shù)七十頁\編于十八點2、單體在納米粉體的表面的聚合(2種方法)(1)表面具有親油性的無機粒子如γ-MPS/Al2O3分散在單體溶液中，引發(fā)單體聚合在顆粒表面形成包覆圖.單體引發(fā)聚合在顆粒表面形成包覆圖.包覆PMMA的氧化鋁球目前四十五頁\總數(shù)七十頁\編于十八點2、單體在納米粉體的表面的聚合(2)通過微乳聚合的膠囊化過程圖、微乳聚合機理圖、PMMA包覆的γ-MPS/TiO2的SEM照片目前四十六頁\總數(shù)七十頁\編于十八點具有催化活性的“核層”顆?？梢l(fā)單體吡咯聚合，不用引發(fā)劑SiO2修飾的α-Fe2O3放置在含有吡咯的乙醇/水介質(zhì)中，加熱100℃，可在顆粒表面形成吡咯的包覆層圖、聚吡咯包覆的SiO2的TEM照片目前四十七頁\總數(shù)七十頁\編于十八點Feldheim等人發(fā)明了一種巧妙的法在膠體顆粒表面包覆高分子層圖、根據(jù)膜方法制備金顆粒-高分子“核-殼”粒子目前四十八頁\總數(shù)七十頁\編于十八點圖、聚吡咯核聚吡咯-聚（N-甲基吡咯）包覆納米金顆粒的TEM照片目前四十九頁\總數(shù)七十頁\編于十八點第九章納米粉體的表面改性第4節(jié)微波等離子體聚合法目前五十頁\總數(shù)七十頁\編于十八點等離子體與微波等離子體等離子體物質(zhì)根據(jù)它們的狀態(tài)可分為固體、液體和氣體。任何物質(zhì)，一定條件下都能在這三種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變．

若溫度不斷升高，氣體又會怎樣變化呢？目前五十一頁\總數(shù)七十頁\編于十八點這時構(gòu)成分子的原子發(fā)生分裂，成為獨立原子，如氮分子（N2）會分裂成兩個氮原子（N），該過程稱為氣體分子的離解．

若再進一步升高溫度，原子中的電子就會從原子中剝離出來，成為帶正電荷的原子核（稱為離子）和帶負電荷的電子，這個過程稱為原子的電離．

電離過程頻繁發(fā)生，電子和離子濃度達到一定的數(shù)值時，物質(zhì)的狀態(tài)會發(fā)生根本變化，變得與氣體完全不同．為區(qū)別于固體、液體和氣體這三種狀態(tài)，稱物質(zhì)的這種狀態(tài)為物質(zhì)的第四態(tài)，又叫等離子體．N2N+NNNn++ne-目前五十二頁\總數(shù)七十頁\編于十八點在茫茫無際的宇宙空間里，等離子態(tài)是一種普遍存在的狀態(tài)。在我們周圍，也經(jīng)?？吹降入x子態(tài)的物質(zhì)太陽極光日光燈霓虹燈目前五十三頁\總數(shù)七十頁\編于十八點2.微波等離子體即采用微波技術(shù)激發(fā)形成的等離子體其特點如下：1.有較高的電離和分解程度

2.采用磁約束的方法，可約束等離子體在約定的空間內(nèi)3.安全因素高。

4.微波發(fā)生器是穩(wěn)定的，易控的。

5.在許多情況下是一種比較寧靜的等離子體，不象直流放電那樣伴隨很高的噪聲目前五十四頁\總數(shù)七十頁\編于十八點微波等離子體聚合法可在納米粉體表面包覆陶瓷粉體，也可包覆有機高分子方法的優(yōu)點：顆粒通過等離子體區(qū)域進行包覆改性后，表面會帶有高密度的同號電荷，有效防止顆粒的團聚目前五十五頁\總數(shù)七十頁\編于十八點微波等離子體法合成粉體的原理微波等離子體中發(fā)生的是一個氣相非平衡反應(yīng)能量通過等離子體中的粒子的相互碰撞傳遞給反應(yīng)物反應(yīng)物發(fā)生解離或離子化，經(jīng)蒸發(fā)、熱解、沉積形成納米顆粒目前五十六頁\總數(shù)七十頁\編于十八點合成工藝反應(yīng)器（或反應(yīng)管）采用石英玻璃做成有TE01或TE11的諧振腔在反應(yīng)管與諧振腔交界處為微波等離子體區(qū)反應(yīng)氣依次通過反應(yīng)管和諧振腔，在微波等離子體區(qū)反應(yīng)生成納米顆粒目前五十七頁\總數(shù)七十頁\編于十八點陶瓷粉體在納米顆粒表面的包覆圖.納米顆粒表面包覆陶瓷粉體的微波等離子過程目前五十八頁\總數(shù)七十頁\編于十八點高分子在納米顆粒表面的包覆單體選擇標準：具有穩(wěn)定性，等離子體區(qū)內(nèi)加熱或紫外輻射后立即發(fā)生聚合反應(yīng)。典型單體有甲基丙烯酸（MAA），甲基丙烯酸胺（MMA）目前五十九頁\總數(shù)七十頁\編于十八點Srikanth等人用微波等離子聚合法在納米Fe顆粒上包覆了聚苯乙烯圖.聚苯乙烯包覆納米Fe顆粒的TEM照片目前六十頁\總數(shù)七十頁\編于十八點第九章納米粉體的表面改性第5節(jié)納米粉體表面改性的其它方法目前六十一頁\總數(shù)七十頁\編于十八點納米粉體表面改性的其它方法有：1、非均相沉淀法2、等離子處理法3、碳粉在納米粉體表面的包覆目前六十二頁\總數(shù)七十頁\編于十八點1.非均相沉淀法該方法也是一種粉體表面改性的常用方法工藝過程首先將“核層”顆粒制備成一定濃度的穩(wěn)定懸浮體，然后加入“殼層”顆粒的鹽溶液，通過改變體系的pH值，使“殼層”顆粒沉淀并包覆在“核層”顆粒上目前六十三頁\總數(shù)七十頁\編于十八點非均相沉淀法得到的包覆層形貌與反應(yīng)條件的控制密切相關(guān)A、“殼層”鹽溶液的濃度將影響包覆層的厚度適宜的濃度將得到最厚包覆層B、反應(yīng)時間時間過短，不能形成完整