表面活性剂与纳米材料

哈尔滨工程大学表面活性剂与纳米材料

姓名：***

Harbin Engineering University Surfactant And Nanometer Materials

Name: Zhang Jin

电子邮箱：************************

摘要

本文简要介绍了表面活性剂在纳米材料制备和应用方面最近的研究进展；总结了表面活性剂在纳米材料制备和应用方面所起的作用，并总结目前提出的表面活性剂对纳米材料的作用机理，同时初步探讨表面活性剂在纳米材料的制备和应用方面的作用机制。

关键词：表面活性剂纳米材料分散剂

Abstract

This paper introduced the recently research progress of the surfactant in the preparation and applications of nanomaterials, and summed up the roles of surfactant in the nanomaterials preparation and application, and the mechanism between the surfactant and nanomaterials at present. Preliminary studied the mechanism of action of surfactants in the preparation and application of nanomaterials.

Keyword：surfactant; nanometer materials; dispersant 电子邮箱：************************

随着纳米科学技术的发展，表面活性剂在纳米材料制备方面应用的越来越广泛。表面活性剂特殊的双亲结构，通过自组装所形成的聚集体系为化学反应提供了特殊环境，可作为“微反应器”或模板制备出各种结构和形貌的纳米材料；表面活性剂的分散性可以防止纳米颗粒聚集；表面活性剂可以降低表面能，在纳米粒子的稳定存在方面拥有广阔的应用前景。在不同环境下，选取的表面活性剂不同，表面活性剂所起的作用也不同。很多情况下，选取何种表面活性剂来控制纳米材料的形貌仍在探索中。

目前，人们在表面活性剂用于纳米材料的制备方面做了一些工作，也取得了部分成绩，但是人们对纳米材料生长机理、表面活性剂在纳米材料制备过程中的反应机理、反应动力学等的认识还不够准确。相信经过不断探索，表面活性剂在纳米科技中的应用将会更加广阔。下面将介绍表面活性剂在纳米材料制备中起的作用.

1. 表面活性剂在制备纳米材料中的作用

自从Boutonnet等首次用微乳相法制备出Pt, Pd, Rh, Zr等单分散金属纳米颗粒以来，微乳相制备无机纳米颗粒得到极大发展，近三十年来已经利用微乳相制备了许多的纳米颗粒，主要包括金属纳米颗粒，金属卤化物纳米颗粒，金属硫化物纳米颗粒，金属氧化物纳米颗粒，金属碳酸盐纳米颗粒，纳米磁性材料等。在制备过程中，表面活性剂主要用来形成微乳相体系，按照表面活性剂所起的作用分为稳定剂，分散剂，模板剂。

1.1稳定剂

在制备纳米材料的过程中，表面活性剂的一个主要作用是用作稳定剂。四川攀枝花学院材料工程系的王海波[1]采用在沉淀法制备羟基磷灰石（HAP）试验中加入PEG的方法，制的了纳米HAP 粉体。通过加入PEG表面活性剂的方法防止羟基磷灰石的团聚从而制取到纳米HAP粉体。刘小鹤[2]等利用聚乙二醇和聚丙烯酸为稳定剂合成了 Si0

微粉，并且证明以聚乙二醇（PEG）为稳定剂

2

的情况下其稳定最好。

图1 表面活性剂的空间位阻稳定机制

（图来源于王海波《表面活性剂在纳米材料制备中的应用》）目前，人们通过大量的试验，验证了表面活性剂在纳米材料的制备中具有良好的稳定作用。由于纳米粒子具有较高的比表面积，表面能较高，为了降低表面能，纳米粒子具有自发团聚的现象，这种现象使得人们不易制备纳米粒子。为了解决这一问题，人们在制备纳米粒子的过程中，通过加入表面活性剂作为稳定剂，从而使得纳米粒子不在聚集在一起，形成稳定的纳米溶胶或者是纳米粉体，有效的解决了纳米粒子的团聚问题。

1.2分散剂

在制备纳米材料的方法中有一种方法是机械球磨法。在这种方法中一般都要加入表面活性剂以改善球磨效果，得到更细的纳米粉末。表面活性剂在这种方法中主要起到分散剂的作用。谭伟等以十二烷基苯磺酸钠、OP一10和吐温80作为氧化铝粉末中的球磨助剂，球磨助剂通过分散、润滑、劈裂等作用强化了球磨效果，缩短了球磨时间，并制的分散效果更好的纳米粉体。[3]许育东等在对TiN粉体系进行超声分散时加入了不同的表面活性剂，分散效果明显。[4] 除此而外表面活性剂在溶胶—凝胶法制备纳米材料和微乳液法制备纳米材料中都起到一定的分散剂的作用。

用表面活性剂作为分散剂，能够得到较好的分散体系。由较大的颗粒制备纳米粒子时，通常需要把粒子打碎到纳米级别的大小。而由于纳米粒子具有的自发团聚现象，通常当研磨到一定程度时，团聚跟粉碎作用达到了动态的平衡，颗粒就不可能被粉碎的更细小。而表面活性剂的加入却能够在一定程度上打破这种平衡，使得可以研磨得到更细小的颗粒，从而制得纳米级别的粒子，甚至更加细小的飞晶。表面活性剂的这种特性使得它在通过机械研磨作用制备纳米材料的方面得到极大的发展，前景十分看好。

电子邮箱：************************

1.3模板剂

用表面活性剂作为模板剂合成特定形状的纳米材料正在得到广泛的应用。目前，青岛科技大学的周晓东，傅洵合成两种咪唑啉型双子表面活性剂二（2-11（十七）烷基-1-甲酰胺乙基咪唑啉）己二胺季铵盐。（SUANEIHDI,SHAEIHDI）并将其运用于制备纳米ZnSe，初步探讨了此表面活性剂的作用机制，得出该双子型表面活性剂对纳米材料具有良好的形貌控制作用和表面修饰作用[5]。Ma X Y用表面活性剂辅助法制备Bi

S纳米棒[6]。徐建[7]用水热法

2

以硝酸银制备银纳米线中，就以Gemini表面活性剂为模板剂制的了银纳米线。大量文献表明，表面活性剂辅助纳米材料生长可归为2类。第1类是常温辅助合成多形态纳米材料，在一定温度下(一般不超过20℃)，利用表面活性剂有序聚集体微环境作为模板辅助合成不同形貌的纳米材料，所得纳米材料不经高温锻烧在一定温度下干燥即可获得最终产品，该方法节省能源且操作简便，在纳米材料制备中有极好的应用前景。第2类就是高温辅助多形态纳米材料，在合成纳米材料的过程中加人表面活性剂，通过各种方法合成纳米材料的前驱体，一般为吸附或掺杂有表面活性剂的杂相颗粒，这些颗粒再经高温锻烧，结晶、生长获得不同形貌的纳米材料。在这个生长过程，可能受到表面活性剂的影响而使最终产品的形貌具有多样性。

表面活性剂作为模板剂的应用研究目前仍处于起步阶段，不过前景光明。

图2 表面活性剂SUANEIHDI,SHAEIHDI的结构简式（图引于周晓东等的《咪唑啉表面活性剂的合成及应用于制备ZnSe

纳米材料》）