纳米材料改性

纳米微粒的表面化学修饰
通过纳米微粒表面与修饰剂之间进行化 学反应，改变纳米微粒表面结构和状态，达 到表面改性的目的，称为纳米微粒的表面化 学修饰。化学修饰方法目前主要有以下几种: 酯化反应法、偶联剂法、磷酸酯法、高分子 表面接枝改性法以及原位修饰法等。
1．酯化反应法
金属氧化物与醇的反应称为酯化反应 。利用酯化反应对纳米微粒表面修饰改性 最重要的是使原来亲水疏油的表面变成亲 油疏水的表面。
酯化反应采用的醇类最有效的是伯醇 ，其次是仲醇，叔醇是无效的。酯化反应 表面修饰法对于表面为弱酸性和中性的纳 米 粒 最 有 效 ， 例 如 ： SiO2, Fe2O3, TiO2, Al2O3, Fe3O4, ZnO, Mn2O3等，此外碳纳米 粒子也可以用酯化法进行表面修饰。
2．偶联剂法
当无机纳米粒子与有机无进行复合时，表面修 饰变得十分重要。一般无机纳米粒子，如氧化物 Al2O3,SiO2等，表面能比较高，与表面能比较低的 有机体的亲和性差。两者在相互混合时不能相溶， 导致界面上出现空隙。如果有机物使高聚物，空气 中的水分进入上述空隙就会引起界面处高聚物的降 解、脆化，将纳米颗粒以偶联剂处理即可解决问题 。
偶联剂表面修饰是利用其分子一端的基团与纳 米微粒表面发生反应，形成化学键，另外一端与高 分子基体发生化学反应或者物理缠绕，把差异很大 的无几纳米微粒与高分子基质紧密联系在一起，从 而提高复合材料的综合性能。
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因此，对新制备出的纳米颗粒要进行适当的技术处 理，并采用适当的保护性措施再贮存。通常要对新鲜的 超微颗粒进行表面侵氧化或表面改性处理后再贮存，也 可以将颗粒在特殊气氛下或特殊的溶剂中贮存，或者将 新鲜的超微粒直接制成各类成品，如各类膜材。
慢氧化处理
所谓慢氧化处理，就是对刚制备出来的超微颗粒在 接触大气之前先进行表面慢氧化。通常是采用纯净的 氧气在惰性气体的稀释下进行氧化。这样可在一定程 度上控制颗粒表面的氧化速率，从而防止颗粒在空气 中的急剧氧化，经过这种处理的超微颗粒，其表面可 以形成一层氧化膜，颗粒的化学稳定性大大提高，可 以方便地在空气中进行贮运和应用。
纳米材料改性
纳米微粒的表面修饰与改性
纳米微粒是介于宏观物质与原子之间的一类物质 颗粒，其粒径很小，通常表现出块状物质完全不同的 特性，然而，超微颗粒特殊的表面效应同时也导致了 这种颗粒的化学不稳定性，如氧化性、吸附性、化学 活性等。事实上，新鲜的超微颗粒一旦暴露于大气中 ，立即会发生氧化，同时伴随颗粒表面发热与快速升 温。温度的升高还会加剧颗粒对空气中各种污染物的 吸附以及颗粒间的团聚，甚至生长。
2．表面沉积法
采用化学镀法、热分解—还原法、共沉法、 均相沉淀、溶胶—凝胶、水热合成等方法， 通过沉积反应在纳米微粒表面形成表面包覆， 再经过其他的处理手段，使包覆物固定在颗 粒表面，从而达到改善或改变纳米微粒表面 性质的目的。
纳米TiO2表面沉积金属铜
在含有纳米二氧化钛的溶胶加入氯化钯，使其 活化。然后再将此溶胶加入到化学镀铜液中，经过 一段时间的反应后，便可在纳米二氧化钛表面均匀 沉积上一层金属铜，该镀层为多晶的层状壳结构。 经XRD衍射、俄歇电子能谱等测试手段分析可知， 纳米二氧化钛表面完全被金属单质铜包覆，整体具 有接近纯金属铜的优良导电特性。Cu／TiO2复合 纳米颗粒能有效地降低原有铜质材料的密度，并能 使强度、硬度、耐磨性、高温力学性能等方面的性 能得到改善。
目的： •改善或改变纳米粒子的分散性； •提高微粒表面活性； •使微粒表面产生新的物理、化学、机械性 能及新的功能； •改善纳米粒子与其它物质之间的相容性。
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纳米微粒的表面物理修饰
1．表面活性剂法 通过范德华力、氢键等分子间作用力将表面活
性剂吸附到作为包覆核的纳米微粒的表面，并在核 的表面形成包覆层，以此来降低纳米微粒原有的表 面张力，阻止粒子间的团聚，达到均匀稳定分散的 目的。
例如，将经过氧化处理的粒径为20nm的Fe超 微颗粒放在研究室内，在空气中经过一年的时 间，也未发现它进一步氧化，并且颗粒的饱和 磁化强度经过很长时间也不减小。
表面修饰改性处理
在这个领域进行研究的重要意义在于， 人们可以有更多的自由度对纳米微粒表 面改性，不但深入认识纳米材料的基本 物理效应，而且也扩大了纳米微粒的应 用范围。