纳米微粒的化学特性

3.流变学
当流体的剪切应力τ正比于剪切速度γ时，即τ＝ ηγ，粘度为常数，这种流体称牛顿流体，但某 些流体不遵循上述关系，其粘度随 τ和γ而改 变．
3.1 磁性液体的粘度
(1) 磁液的基本知识
在前面各节所述的磁性材料中，不论它 是单晶的还是多晶的，金属的还是氧化物的， 晶态的还是非晶态的，块状的还是薄膜状的都 属固体状态，而本节所论述的却是液态磁性材 料，以下简称为磁液。
(1)加入反絮凝剂形成双电层
反絮凝剂的选择可依纳米微粒的性质、带电 类型等来定，即：选择适当的电解质作分散剂， 使纳米粒子表面吸引异电离子形成双电层，通 过双电层之间库仑排斥作用使粒子之间发生团 聚的引力大大降低，实现纳米微粒分散的目 的．
水中例的如p，H高纳低米不氧同化(物带S正iO电2，或A负l2O电3)和，T因iO此2等可在选 N使a微+，粒N表H4面+或形C成l-，双N电O层3-等，电从离而子达作到反分絮散凝的剂目， 的．
2．2微粒的团聚
悬浮在溶液中的微粒普遍受到范德瓦耳斯力作 用很容易发生团聚，而由于吸附在小颗粒表面 形成的具有一定电位梯度的双电层又有克服范 德瓦耳斯力阻止颗粒团聚的作用．因此，悬浮 液中微粒是否团聚主要由这两个因素来决 定．当范德瓦耳斯力的吸引作用大于双电层之 间的排斥作用时粒子就发生团聚。在讨论团聚 时必须考虑悬浮液中电介质的浓度和溶液中离 子的化学价．
为了解决这一问题，无论是用物理方法还是 用化学方法制备纳米粒子经常采用分散在溶液中 进行收集．尺寸较大的粒子容易沉淀下来．当粒 径达纳米级(1—100nm)，由于布朗运动等因素阻 止它们沉淀而形成一种悬浮液(水溶胶或有机镕 胶)．这种分散物系又称作胶体物系，纳米微粒
即使在这种情况下，由于小微粒之间库 仑力或范德瓦耳斯力团聚现象仍可能发 生．如果团聚一旦发生，通常用超声波 将分散剂(水或有机试剂)中的团聚体打碎。 其原理是由于超声频振荡破坏了团聚体 中小微粒之间的库仑力或范德瓦耳斯力， 从而使小颗粒分散于分散剂中．为了防 止小颗粒的团聚可采用下面几种措施：
纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、 溶剂的性质以及溶液的性质有关．电解 质和非电解质溶液以及溶液的PH值等都 对纳米微粒的吸附产生强烈影响．不同 种类的纳米微粒吸附性质也有很大差 别．下面仅以纳米陶瓷颗粒吸附性为例， 比较一下纳米微粒的吸附特性．
5.1. 非电解质的吸附
非电解质是指电中性的分子，它们可通 过氢键、范德瓦耳斯力、偶极子的弱静 电引力吸附在粒子表面．其中主要是以 氢键形成而吸附在其它相上．
载液选用需视所制磁液特点及用途，一般来
说，在选用磁液时，应首先考虑载液的种类， 其次才是磁液的其他指标，对使用者来说．在 具体选用磁液时，可参考表4．2．
一般来说，磁液主要性能指标是高场(Ho ＞650A／m)下的磁化强度Ms(A／m)，粘 度 η(Pa·s)， 使 用 温 度 范 围 ， 有 时 还 要 考 虑蒸气压及其它理化参数，如流动点(K)， 沸点(K)，闪点(K)，密度(kg／m3)等．
第五章 纳米微粒的化学特性
1.吸 附
吸附是相接触的不同相之间产生的结合现 象．吸附可分成两类，
一是物理吸附，吸附剂与吸附相之间是以范德瓦 耳斯力之类较弱的物理力结合；
二是化学吸附，吸附剂与吸附相之间是以化学键 强结合．
纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配位不 足．与相同材质的大块材料相比较，有较强的 吸附性．
吸附层内电位急骤下降，在弱吸附层中缓慢减
小，结果在整个吸附层中产生电位下降梯 度．上述两层构成双电层．
2 纳米微粒的分散与团聚
2．1 分散
在纳米微粒制备过程中．如何收集是一个关 键问题，纳米微粒表面的活性使它们很容易团聚 在一起从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大 的团聚体．这给纳米微粒的收集带来很大的困 难．
界面活性剂的选用主要是让相应的磁性 微粒能稳定地悬浮在载液中，这对制备 磁液来说是至关重要的，它关系到磁液 是否可以制成，其稳定性是否合要求 等．一般可供应用的界面活性剂见表 4．1．
磁 性 微 粒 可 以 是 ： Fe3O4，γ-Fe2O3、 单 一 或 复 合铁氧体、纯铁粉、纯钴粉、铁-钴合金粉、稀 土水磁粉等，目前常用Fe3O4粉．
吸附不仅受粒子表面性质的影响，也受 吸附相的性质影响，即使吸附相是相同 的，但由于溶剂种类不同吸附量也不一 源自文库．
5.2. 电解质吸附
电解质在溶液中以离子形式存在，其吸附能力 大小由库仑力来决定． 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属 于物理吸附。由于纳米粒子的大的比表面常常 产生键的不饱和性，致使纳米粒子表面失去电 中性而带电(例如纳米氧化物，氮化物粒子)， 而电解质溶液中往往把带有相反电荷的离子吸 引到表面上以平衡其表面上的电荷，这种吸附 主要是通过库仑交互作用而实现的．
(2)加表(界)面活性剂包裹微粒
为了防止分散的纳米粒子团聚也可加入表面
活性剂，使其吸附在粒子表面，形成微胞状态， 由于活性剂的存在而产生了粒子间的排斥力， 使得粒子间不能接触，从而防止团聚体的产 生．这种方法对于磁性纳米颗粒的分散制成磁 性液体是十分重要的．磁性纳米微粒很容易团 聚，这是通过颗粒之间磁吸引力实现的，因此， 为了防止磁性纳米微粒的团聚，加入界面活性 剂．例如油酸，使其包裹在磁性粒子表面，造 成粒子之间的排斥作用，这就避免了团聚体的 生成．
例如，纳米尺寸的粘土小颗粒在碱或碱土类金
属的电解液中，带负电的粘土超微粒子很容易 把带正电的Ca2+离子吸附到表面，这里Ca2+离 子称为异电离子，这是一种物理吸附过程，它
是有层次的，吸附层的电学性质也有很大的差
别．一般来说，靠近纳米微粒表面的一层属于
强物理吸附，称为紧密层，它的作用是平衡了 超微粒子表面的电性；离超微粒子稍远的Ca2+ 离子形成较弱的吸附层，称为分散层．由于强
到目前为止，由于还未发现居里温度高过熔点的 材料，因此真正的液态强磁性材料尚在探索之 中，本节所论述的磁液是由磁性微粒通过界面 活性剂高度分散于载液中而构成的稳定胶体体 系．它既具有强磁性，又具有流动性，在重力， 电磁力作用下能长期稳定地存在，不产生沉淀 与分层。
磁液是由磁性微粒、界面活性剂和载液三 者组成，三者关系如图所示