第二章纳米粉体分散的胶体科学基本原理
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❖分 散 相：分散体系中被分散的物质 ❖分散介质：分散相所分散其中的物质
常见的分散体系
云
牛奶
珍珠
分散体系分类
分类体系通常有三种分类方法： •分子分散体系
按分散相粒子的大小分类：•胶体分散体系 •粗分散体系 •液溶胶
按分散相和介质的聚集状态分类：•固溶胶 •气溶胶
按胶体溶液的稳定性分类：•憎液溶胶 •亲液溶胶
利用沉降平衡求颗粒粒径
1. 斯托克斯阻力公式
❖ 斯托❖克雷斯（诺S数to是ke流s）体假流定动流中体惯绕过性球力体与的速度 很缓慢粘，即性呈力层比流值态。球体阻力公式为
3、根据分散相是否亲液，胶体可以区分 为哪两种类型？判断依据是什么？分 别具有哪些特点？
第2节 胶体的动力学性质
胶体的动力学性质
• Brown 运动 • 胶粒的扩散 • 溶胶的渗透压 • 沉降平衡
布朗运动
1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到 悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。
后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等 的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动 为布朗运动。
但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有 得到阐明。
布朗运动
1903年发明了超显微 镜，为研究布朗运动提供 了物质条件。
用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动，从 而能够测出在一定时间内 粒子的平均位移。
通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动 越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温 度的升高而增加。（播放短片）
Brown运动的本质
1905年和1906年爱因 斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍 夫斯基（Smoluchowski)分 别阐述了Brown运动的本质。
认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力 对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所 以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增 大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。
（1）按分散相粒子的大小分类
1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，
没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以 下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。 2.胶体分散体系
分散相粒子的半径在1 nm~1000nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。
3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm，目测是混浊不均匀体
系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
（2）按分散相和介质聚集状态分类
1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相
为不同状态时，则形成不同的液溶胶：
液-固溶胶： 油漆、AgI溶胶等
液-液溶胶： 牛奶、石油原油等乳状液
液-气溶胶： 泡沫
第二章 纳米粉体分散的胶体科学基本原理
1
胶体状态的本质
2
胶体的动力学性质
3 胶体的表面电荷及双电层结构
4
胶体的电动现象
5
胶体的稳定与失稳
6 分子间作用力及宏观物体的相互作用能
纳米材料导论-第一章
第二章 纳米粉体分散的胶体科学基本原理
第1节 胶体状态的本质
第二章 第1节
❖分散体系：把一种物质或几种物质分散在 另一种物质中所构成的体系
（3）按胶体溶液的稳定性分类
2.亲液溶胶 胶体中的分散相粒子与分散介质是彼此润湿的。 一旦将溶剂蒸发，分散相粒子便会析出，再加入 溶剂，又可形成溶胶。 亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。
第二章 第1节
❖ 亲液溶胶和疏液溶胶 根据分散相是否亲液 判断依据是体系经干燥后能否被再次Leabharlann Baidu散。
❖ 亲液溶胶是热力学稳定、可逆的体系 ❖ 疏液溶胶属于热力学不稳定体系。即需要外力来
气-固溶胶 烟，含尘的空气
气-液溶胶 雾，云
第二章 第1节
❖胶体的本质：是物质以一定分散程度 而存在的一种状态，而不是一种特殊 物质的固有状态
胶体体系的3个特征
1、高度分散的多相性 2、动力学稳定 3、热力学不稳定性
（3）按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是 热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成 溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘 化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
❖ 这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度 、温度以及观察时间等联系起来。
沉降平衡
溶胶是高度分散体系，胶 粒一方面受到重力吸引而下降， 另一方面由于布朗运动促使浓 度趋于均一。
当这两种效应相反的力相 等时，粒子的分布达到平衡， 粒子的浓度随高度不同有一定 的梯度，如图所示。
这种平衡称为沉降平衡。
破坏粒子间的团聚，才能稳定存在一段时间。同 时其稳定向受体系盐浓度的影响。 ❖ 如果用水作为分散介质（溶剂），则胶体被分成 亲水体系和疏水体系。 ❖ 本课程研究的纳米粉体的分散属于疏水体系
作业
1、名词解释： 分散体系、分散相、分散介质
2、根据分散相粒子大小不同，举例说明 分散体系可区分为那些类型，各自的 特性有哪些？
当半径大于5 m，Brown运动消失。
Brown运动的本质
第二章 第2节
❖ 爱因斯坦利用分子运动论，并假定胶体粒子是球 形的，得到粒子作布朗运动移动的平均位移公示
x R NAT 3πt ηr3R NAtT rf(T,,r)
x－－观察时间t内的平均位移 r－－微粒的半径 η－－介质的粘度 NA－－阿伏加德罗常数
（2）按分散相和介质聚集状态分类
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为
不同状态时，则形成不同的固溶胶：
固-固溶胶
固-液溶胶
有色玻璃，不完全互溶的合金 珍珠，某些宝石
固-气溶胶 泡沫塑料，沸石分子筛
（2）按分散相和介质聚集状态分类
3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没 气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均体系 ，不属于胶体范围
沉降平衡
达到沉降平衡时，粒子随高度分布的 情况与气体类似，可以用高度分布定律。
如图所示，设容器截面积为A，
粒子为球型，半径为r，粒子与介质
的密度分别为和
，在
0
x1和x2处单
位体积的粒子数分别N1，N2，
为渗透压，g为重力加速度。
在高度为dx的这层 溶胶中，使N个粒子下 降的重力为：
NAdx4 3r3(0)g
常见的分散体系
云
牛奶
珍珠
分散体系分类
分类体系通常有三种分类方法： •分子分散体系
按分散相粒子的大小分类：•胶体分散体系 •粗分散体系 •液溶胶
按分散相和介质的聚集状态分类：•固溶胶 •气溶胶
按胶体溶液的稳定性分类：•憎液溶胶 •亲液溶胶
利用沉降平衡求颗粒粒径
1. 斯托克斯阻力公式
❖ 斯托❖克雷斯（诺S数to是ke流s）体假流定动流中体惯绕过性球力体与的速度 很缓慢粘，即性呈力层比流值态。球体阻力公式为
3、根据分散相是否亲液，胶体可以区分 为哪两种类型？判断依据是什么？分 别具有哪些特点？
第2节 胶体的动力学性质
胶体的动力学性质
• Brown 运动 • 胶粒的扩散 • 溶胶的渗透压 • 沉降平衡
布朗运动
1827 年植物学家布朗(Brown)用显微镜观察到 悬浮在液面上的花粉粉末不断地作不规则的运动。
后来又发现许多其它物质如煤、 化石、金属等 的粉末也都有类似的现象。人们称微粒的这种运动 为布朗运动。
但在很长的一段时间里，这种现象的本质没有 得到阐明。
布朗运动
1903年发明了超显微 镜，为研究布朗运动提供 了物质条件。
用超显微镜可以观察 到溶胶粒子不断地作不规 则“之”字形的运动，从 而能够测出在一定时间内 粒子的平均位移。
通过大量观察，得出结论：粒子越小，布朗运动 越激烈。其运动激烈的程度不随时间而改变，但随温 度的升高而增加。（播放短片）
Brown运动的本质
1905年和1906年爱因 斯坦（Einstein)和斯莫鲁霍 夫斯基（Smoluchowski)分 别阐述了Brown运动的本质。
认为Brown运动是分散介质分子以不同大小和不同方向的力 对胶体粒子不断撞击而产生的，由于受到的力不平衡，所 以连续以不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增 大，撞击的次数增多，而作用力抵消的可能性亦大。
（1）按分散相粒子的大小分类
1.分子分散体系 分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，
没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以 下 。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。 2.胶体分散体系
分散相粒子的半径在1 nm~1000nm之间的体系。目 测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。
3.粗分散体系 当分散相粒子大于1000 nm，目测是混浊不均匀体
系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。
（2）按分散相和介质聚集状态分类
1.液溶胶 将液体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相
为不同状态时，则形成不同的液溶胶：
液-固溶胶： 油漆、AgI溶胶等
液-液溶胶： 牛奶、石油原油等乳状液
液-气溶胶： 泡沫
第二章 纳米粉体分散的胶体科学基本原理
1
胶体状态的本质
2
胶体的动力学性质
3 胶体的表面电荷及双电层结构
4
胶体的电动现象
5
胶体的稳定与失稳
6 分子间作用力及宏观物体的相互作用能
纳米材料导论-第一章
第二章 纳米粉体分散的胶体科学基本原理
第1节 胶体状态的本质
第二章 第1节
❖分散体系：把一种物质或几种物质分散在 另一种物质中所构成的体系
（3）按胶体溶液的稳定性分类
2.亲液溶胶 胶体中的分散相粒子与分散介质是彼此润湿的。 一旦将溶剂蒸发，分散相粒子便会析出，再加入 溶剂，又可形成溶胶。 亲液溶胶是热力学上稳定、可逆的体系。
第二章 第1节
❖ 亲液溶胶和疏液溶胶 根据分散相是否亲液 判断依据是体系经干燥后能否被再次Leabharlann Baidu散。
❖ 亲液溶胶是热力学稳定、可逆的体系 ❖ 疏液溶胶属于热力学不稳定体系。即需要外力来
气-固溶胶 烟，含尘的空气
气-液溶胶 雾，云
第二章 第1节
❖胶体的本质：是物质以一定分散程度 而存在的一种状态，而不是一种特殊 物质的固有状态
胶体体系的3个特征
1、高度分散的多相性 2、动力学稳定 3、热力学不稳定性
（3）按胶体溶液的稳定性分类
1.憎液溶胶 半径在1 nm~100 nm之间的难溶物固体粒子 分散在液体介质中，有很大的相界面，易聚沉，是 热力学上的不稳定体系。 一旦将介质蒸发掉，再加入介质就无法再形成 溶胶，是 一个不可逆体系，如氢氧化铁溶胶、碘 化银溶胶等。 这是胶体分散体系中主要研究的内容。
❖ 这个公式把粒子的位移与粒子的大小、介质粘度 、温度以及观察时间等联系起来。
沉降平衡
溶胶是高度分散体系，胶 粒一方面受到重力吸引而下降， 另一方面由于布朗运动促使浓 度趋于均一。
当这两种效应相反的力相 等时，粒子的分布达到平衡， 粒子的浓度随高度不同有一定 的梯度，如图所示。
这种平衡称为沉降平衡。
破坏粒子间的团聚，才能稳定存在一段时间。同 时其稳定向受体系盐浓度的影响。 ❖ 如果用水作为分散介质（溶剂），则胶体被分成 亲水体系和疏水体系。 ❖ 本课程研究的纳米粉体的分散属于疏水体系
作业
1、名词解释： 分散体系、分散相、分散介质
2、根据分散相粒子大小不同，举例说明 分散体系可区分为那些类型，各自的 特性有哪些？
当半径大于5 m，Brown运动消失。
Brown运动的本质
第二章 第2节
❖ 爱因斯坦利用分子运动论，并假定胶体粒子是球 形的，得到粒子作布朗运动移动的平均位移公示
x R NAT 3πt ηr3R NAtT rf(T,,r)
x－－观察时间t内的平均位移 r－－微粒的半径 η－－介质的粘度 NA－－阿伏加德罗常数
（2）按分散相和介质聚集状态分类
2.固溶胶 将固体作为分散介质所形成的溶胶。当分散相为
不同状态时，则形成不同的固溶胶：
固-固溶胶
固-液溶胶
有色玻璃，不完全互溶的合金 珍珠，某些宝石
固-气溶胶 泡沫塑料，沸石分子筛
（2）按分散相和介质聚集状态分类
3.气溶胶 将气体作为分散介质所形成的溶胶。当分散
相为固体或液体时，形成气-固或气-液溶胶，但没 气-气溶胶，因为不同的气体混合后是单相均体系 ，不属于胶体范围
沉降平衡
达到沉降平衡时，粒子随高度分布的 情况与气体类似，可以用高度分布定律。
如图所示，设容器截面积为A，
粒子为球型，半径为r，粒子与介质
的密度分别为和
，在
0
x1和x2处单
位体积的粒子数分别N1，N2，
为渗透压，g为重力加速度。
在高度为dx的这层 溶胶中，使N个粒子下 降的重力为：
NAdx4 3r3(0)g