第三章_胶体及纳米材料制备

① 机械分散法
就是用粉碎设备将大块物质粉碎成要求的尺寸。
常用的粉碎设备有气流磨、各种类型高速机械冲击式粉碎机、各种类型搅拌磨、振动磨、球磨、胶 体磨等。常见的分级设备见《胶体与表面化学》第10页表2-1。
这种方法的效率较差，物料颗粒最细也就磨到1m左右。在研磨过程中及时将达到要求的颗粒分离出 去也非常关键。
机械分散示意图
② 电分散法
主要用于制备金属水溶胶。 该法将欲分散的金属作为阳极，浸入水中，通入直流电（一般电流5-10A，电压40-60V），调节两电极 间的距离，使其相互靠近而产生电弧，电弧温度很高，使电极表面金属气化，金属蒸气遇冷水而冷凝成胶 体系统。在制备时可在水中加入少量的碱作稳定剂，而形成稳定的溶胶。
晶体成长速度v2：
v2 K2D(cS)
式中：D为溶质分子的扩散系数
由此式可看出，v2也与过饱和度成正比。但其对v2的影响要比对v1的影响要小，而介质对扩散系数D 的影响很大，从而对v2的影响也很大。
在凝聚过程中，v1、v2是相互联系的，当v1>>v2时，溶液中会形成大量晶核，所得粒子的分散度较大， 有利于形成溶胶；反之，v1<<v2时，所得晶核很少，而晶体生长速度很快，粒子容易长大并产生沉淀。
1．分散法
⑴ 分散法特点： ③ 在分散过程中，随着分散时间延长，颗粒变小，比表面积增大，颗粒团聚的趋势增强，达
到一定程度后，分散作用与聚集作用达到平衡，颗粒不再变细。 要提高效率，需要添加合适的分散剂（稳定剂、助磨剂），以降低粒子表面能。
1．分散法 ⑵ 分散方法
机械分散法 电分散法 超声波分散法 胶溶法
A g+N H 2N H 2 A g 2 H A u C l 4 3 H 2 O 2 2 A u 8 H C l 3 O 2
②氧化法：
2H 2SO 2 2SH 2O
F e 2 S i O 4 1 / 2 O 2 5 H 2 O 2 F e ( O H ) 3 S i ( O H ) 4
3. 利用有序分子组合体法
⑶ 泡囊法（双分子膜法） 将颗粒放在溶剂中，采用涂层法使球形双分子膜变成平面双分子膜，而纳米颗粒在夹层中有序排列。
3. 利用有序分子组合体法 ⑷ 自组装法
改变pH值与电荷等，使附着在基底上的分子与溶液中的分子或颗粒相吸。
三、凝聚法原理
许多人的研究认为，由溶液中析出胶粒的过程，与结晶过程相似，可以分为两个阶段：第一阶段是形 成晶核(nucleation)，第二阶段是晶体成长。
很大，难溶物突然生成很多，则它们会自发地凝聚而生成凝胶。
2．必须有稳定剂存在 胶体系统粒径很小，表面积很大，其表面能很高，是热力学不稳定系统，若要制得稳定的胶体，必
须加入第三种物质，即稳定剂(stabilizing agent)。
二、胶体制备的方法 胶体系统的分散相粒径大小在1～100nm之间，可以想象，要制备胶体可以有两种方法：
在单分子膜下先吸附离子，然后生成微粒。
如：
Cd2++H2SCdS
3. 利用有序分子组合体法 ② 吸附法： 单分子膜下吸附溶液中已经形成的亲水颗粒，然后生成微粒。
3. 利用有序分子组合体法 ③ 混合膜法： 在低表面压下，使憎水颗粒钻到单分子膜中。
3. 利用有序分子组合体法 ⑵ 反胶束法
在反胶束中进行各种形成微粒的反应，如AgNO3在水相中，油溶性还原剂在油相中，通过扩散形 成纳米银。
③ 超声分散法
主要用于制备乳状液。是一种清洁的分散方法。
例如，将两电极与106Hz的高频电接通，在石英 片上产生 106Hz的振荡，高频率的机械波经过油及容 器传入试管。由于机械波产生的密度疏密交替，对 被分散的物质产生强烈的撕碎作用。
1 — 石英片 2 — 电极 3 — 变压器油 4 — 试样
④ 胶溶分散法 是先将新生成沉淀中多余的电解质洗去，再加入适量的电解质作稳定剂，或置于某温度下使沉淀重新分
Weimarn(1908)认为，晶核的生成速度v1与晶体的溶解度S和溶液的过饱和度(degree of supersaturation)有 如下关系：
v1
dn dt
K1
cS S
n:晶核数目
可看出，浓度越大，溶解度越小，生成晶核的速率越大，则系统物质的量确定的条件下，生成的晶核 粒子就越小。
三、凝聚法原理
分散法：利用机械设备将大块物质分散而成。 凝聚法：由分子、原子或离子聚集而成。
1．分散法
⑴ 分散法特点：
① 分散过程所消耗的机械功远大于系统的表面吉布斯函数变，大部分能量以热的形式传给环境； ② 分散法分散固体，其分散极限为1～10μm。这是因为固体晶格能很高，而小于1～10μm的粒子不存 在缺陷，只有使用极高的能耗时，才能用分散法得到小于1μm的颗粒；
2．凝聚法
凝聚法通常分为物理凝聚法和化学凝聚法。 ⑴ 物理凝聚法： 是将蒸气状态的物质或溶解状态的物质凝聚为胶体状态的方法。
例如，将松香或硫的酒精溶液逐滴加入水中，使其由良溶剂变成不良溶剂，则在水中形成松香或硫的 胶体溶液。
⑵ 化学凝聚法：形成不溶性化合物。
(2) 化学凝聚法
①还原法：主要用来制备各种金属溶胶。
散成溶胶。注意沉淀老化后就不易再发生胶溶。
例如，取10 ml 20％FeCl3放在小烧杯中，加水稀释到100ml，然后用滴管逐滴加入10％NH4OH到稍微过 量为止，过滤生成的Fe(OH)3沉淀，用蒸馏水洗涤数次，除去其中的FeCl3、NH4Cl、NH4OH等，将沉淀放入 另一烧杯中，加10ml蒸馏水，再用滴管滴加约10滴左右的20％FeCl3溶液，并用小火加热，最后得到棕红透 明的Fe(OH)3溶胶。
第三章_胶体及纳米材料制备
第三章 胶体及纳米材料的制备 §1 胶体的制备与净化 §2 单分散溶胶 §3 超细颗粒 §4 纳米材料
§1 胶体的制备与净化 一、胶体制备的一般条件
1．分散相在介质中的溶解度必须极小 即要求反应物浓度很稀，使生成的难溶物晶粒很小而且无法长大时才能得到胶体，如果反应物浓度
(2) 化学凝聚法
③水解法： 用来制备金属氧化物，如Fe2O3，SiO2等。
F e C l3 3 H 2 O F e (O H )3 3 H C l
④复分解法： 用来制备盐类的溶胶。
A g N O 3 K⑴ 单分子膜法 ① 原位生成法：