纳米颗粒的表面修饰与改性-课件.ppt

纳米颗粒的表面修饰与改性为什么要对纳米微粒进行表面修饰什么是表面修饰怎样对纳米微粒进行表面修饰纳米微粒表面物理修饰纳米微粒表面化学修饰（酯化反应法、偶联剂法、表面接枝改性法）1.小尺寸效应2.表面与界面效应3.量子尺寸效应小尺寸效应：当超微粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，声、光、电磁、热力学等特征均会呈现新的变化。表面与界面效应：指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。纳米粒子的表面原子具有不饱和性质，易与其他原子结合，具有很高的化学活性。量子尺寸效应:量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象，同时，能隙变宽。由此导致的纳米微粒的催化、电磁、光学、热学和超导等微观特性和宏观性质表现出与宏观块体材料显著不同的特点。由于纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有很高的活性，极不稳定，纳米粒子在制备、储存以及使用过程中,极易发生团聚或与其他物质发生吸附，（“团聚”及“失活”）。改善或提高无机纳米粉体与复合材料中基料或其他物质之间的相容性；纳米粉体在催化、环保、微电子、生物医药及化工等领域的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此，有选择性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能也要通过表面改性或表面处理来实现。纳米微粒表面改性后，由于表面性质发生了变化，其吸附、润湿、分散等一系列性质都将发生变化。团聚引起纳米粉体产生软团聚的原因（1）毛细管吸附理论。毛细管效应一般发生在湿化学法制备纳米粉体时的脱除溶剂和干燥过程的排水阶段。（2）晶桥理论。在纳米粉体干燥过程中，毛细管吸力使颗粒相互靠近，颗粒间由于表面羟基和部分原子在介质中的溶解-沉析形成晶桥而变得更加紧密。随时间的延长，晶桥使纳米颗粒相互结合，因而形成了较大的块状团聚体。4）氢键理论。该理论认为纳米粉体之间硬团聚的主要原因是颗粒之间存在着氢键。最有效、最关键的一点是选择合适的分散剂以及合适的工艺方法与设备，使纳米粒子与分散剂充分混合以达到真正的分散2纳米微粒表面物理修饰2.1通过范德瓦尔斯力等特异质材料吸附在纳米微粒的表面表面活性剂的非极性的亲油基吸附到微粒表面，而极性的亲水基团与水相容，这就达到了无机纳米粒子在水中分散性好的目的．纳米粒子在非极性的油性溶液中分散配制一定浓度的十二烷基硫酸钠(A.R.)溶液,将一定量的氧化铈粉末加入溶液中,在25℃下用电动搅拌器搅拌1h,过滤,滤饼在干燥箱中干燥2h,取出用气流粉碎机粉碎,过160目筛即得到改性的纳米氧化铈。欲对SiO2及TiO2有机化改性，可直接吸附阳离子表面活性剂，但阳离子表面活性剂价格相当高，往往有毒性，是其主要缺点。采用表面活性剂作为分散剂的机理：2.2表面包覆法无机物的表面包覆硅包膜纳米TiO2:在一定的温度和剧烈搅拌下，向TiO2浆液中加入水玻璃，然后用酸中和，使硅以硅胶的形式沉淀于颗粒表面。硅包膜后的纳米二氧化钛可以增加亲水性和水分散性，提高遮盖率和抗粉化性能。铝包膜TiO2:在一定的温度和酸度下快速搅拌，同时将包膜剂硫酸铝溶液中加入到浆液中，用碱进行中和，将溶液调节至中性，使铝盐完全水解，由于氧化铝可以反射部分自外线，因此，铝包膜后的纳米二氧化钛可以光化学活性降低，抗粉化性能提高。溶胶-凝胶法采用溶胶-凝胶法可对纳米粉体、晶体以及纳米网状结构进行表面包覆溶胶-凝胶法中，最常用的表面修饰剂是二氧化硅A、涂覆在涂料、颜料表面以改善其胶体稳定性B、包覆在金颗粒表面起到稳定作用C、包覆在磁性颗粒表面提高磁流体的稳定性D、包覆在BaTiO3表面阻止其溶解E、包覆在CdS表面起到光解保护作用总之，SiO2作为表面修饰剂，其功能是多种多样的SiO2修饰的α-Fe2O3放置在含有吡咯的乙醇/水介质中，加热100℃，具有催化活性的“核层”颗粒可引发单体吡咯聚合，不用引发剂即可在颗粒表面形成吡咯的包覆层Feldheim等人发明了一种巧妙的法在胶体颗粒表面包覆高分子层3表面化学修饰(1)偶联剂法(1)偶联剂法解决上述问题可采取偶联技术，即纳米粒子表面经偶联剂处理后可以与有机物产生很好的相容性．44454650515253(RO)为钛酸酯和无机填料进行化学结合的官能团；-Ti(Ox)部分为钛酸酯的有机骨架，与聚合物的羧基之间进行相互交换，起酯基和烷基转移反应；—X该部分是和分子核心软相结合的基团，对钛酸酯的性质有着重要影响；R’是长链分子基团，起缠绕作用，能与热塑性树脂缠绕结合在一起，改善冲击性能；Y为胺基、丙烯酸、经基及末端氢原子等；m、n为官能