纳米粉体的表面改性演示文稿
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Liz-Marzan成 功在金颗粒表 面包覆上SiO2 层,不但起到
稳定作用,且
可调控其光学 性质.
2、SiO2在金属氧化物表面的包覆
采用正硅酸乙酯作为原料,通过优化水解条 件可在Fe2O3颗粒的表面包覆一层SiO2,使其易 于分散在非水介质中
水解反应:正硅酸乙酯Si(OEt)4与水反应:
反应可延续进行,直至生成Si (OH)4 缩聚反应,可分为失水缩聚和失醇缩聚,失醇缩聚:
0 5 10 15 20 25 颗粒间距/nm
图. 金颗粒间的相互作用能曲线
SiO2作为颗粒表面包覆剂的原因:
1、SiO2粉体即使在等电点pH值(=2)处也不发生团聚;
等电点 30
20
10
0
ξ电位/mV
-10
SiO2的等电点
-20 -30
-40
-50
-60
0
2
4
6
8
10
pH值
2、在中性及较高的盐浓度条件下也很稳定
总之,SiO2作为表面修饰剂,其功能 是多种多样的
1、SiO2在金属颗粒表面的包覆
根据DLVO理论,间 距间距下,颗粒间的 排斥作用能随颗粒尺 寸的减小而减小,因 此纳米颗粒极易团聚
通常,颗粒间的作用 能在5~10kT之间, 才具有胶体稳定性
/kT
30
Байду номын сангаас25
相 互
20
作 用
15
能
10
5
0
R=10nm R=1nm
溶胶-凝胶反应
金属醇盐的水解和缩合反应(最常见的 溶胶-凝胶反应):
水解反应
M(OR)4+H2O M(OH)4+4ROH
缩合反应
HO-M(OR)3+ROH
(OR)3M-OH+HO-M(OR)3
(RO)3M-O-M(OR)3+H2O
(OR)3M-OH+RO-M(OR)3
(RO)3M-O-M(OR)3+ROH
陈化:沉淀完全后,让初生成的沉淀与 母液一起放置一段时间,这个过程称为“陈 化”
包覆了SiO2的银颗粒,表现出了类似于 SiO2粉体的特性,表现在于: A、电泳移动性介于纯SiO2和Ag颗粒之 间 B、颗粒的吸收光谱随包覆层厚度的增
μm.s-1.N.cm-1 / 电泳移动性
0.0
-0.5
-1.0
失水缩聚:
图、SiO2包覆α-Fe2O3(a)和碱式碳酸钇(b)颗粒的TEM照片
α-Fe2O3包覆SiO2有利于其在非水介质 中的分散
碳酸钇包覆SiO2可防止其水解
3、SiO2在其他纳米粉体上的包覆
Correa-Duarte用三甲基硅酸酯为原料,在 纳米CdS表面包覆SiO2,可抑制CdS的光降解
M代表金属;R代表烷基
采用溶胶-凝胶法可 对纳米粉体、晶体 以及纳米网状结构 进行表面包覆
图、溶胶-凝胶包覆过程 (a)纳米颗粒; (b)晶体; (c)双连续网状结构
溶胶-凝胶法中,最常用的表面修饰剂 是二氧化硅
A、涂覆在涂料、颜料表面以改善其胶体稳定性 B、包覆在金颗粒表面起到稳定作用 C、包覆在磁性颗粒表面提高磁流体的稳定性 D、包覆在BaTiO3表面阻止其溶解 E、包覆在CdS表面起到光解保护作用
使用SiO2包覆颗粒,可使分散体系在较高 相浓度(体积百分数)下保持良好的稳定 性,且不受pH值和盐浓度的影响
包覆SiO2的纳米颗粒可通过硅烷化具有憎 水性,从而易于在玻璃、聚合物、薄膜及 非水介质中分散
图、SiO2包覆纳米Ag颗粒的TEM照片
SiO2包覆银颗粒的特点 包覆层的厚度随陈化时间的增加而加厚
化学反应法 利用有机官能团等使粒子表面进行化学吸
附或化学反应,以使表面改性剂覆盖粒子 表面
第九章 纳米粉体的表面改性 第1节 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶过程
指无机前驱体通过各种反应形成三维网状 结构
Fig.1 Schematic of spherical particles gel with coordination number of 3 (a), SEM images of the cross section of dry gel sample of PS micro-spheres (b).
纳米粉体的表面改性 演示文稿
(优选)纳米粉体的 表面改性
第九章 纳米粉体的表面改性
表面改性
是指用物理、化学方法对粒子表面进行处理, 有目的地改变粒子表面的物理化学性质,如表面 原子层结构和官能团、表面疏水性、电性、化学 吸附和反应特性等
控制纳米粉体的表面化学组成以及对其表 面进行改性是得到高附加值纳米粉体的关 键
壳层既可以是无机 物质也可以是有机 物质
表面改性的作用
通过改性,可是纳米颗粒具有生物兼容性、 提高热、机械及化学稳定性
改变纳米粉体的光、磁、电、催化、润湿 性以及烧结性
提高纳米颗粒的耐腐蚀性、耐久性和使用 寿命
纳米粉体的表面改性方法: 气相沉积法 机械球磨法 高能量法 化学反应法(最重要的方法)
SiO 2
SiO 包覆Ag 2
-1.5
Ag
-2.0
-2.5
-3.0
-3.5
-4.0
-4.5
-5.0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
pH值
图. SiO2、Ag及包覆SiO2的Ag颗粒的电泳移动性
图、Ag颗粒及包覆SiO2的Ag颗粒的吸收光谱, 随包袱层厚度增加而产生红移
图、SiO2包覆在纳米Au颗粒表面 (a)10nm;(b)58nm;(c)23nm;(d)83nm
表面改性的重要应用:
纳米粉体的润湿和附着特性 改善纳米粉体在基体中的分散行为,提高 其催化性能 改善粉体与基体的界面结合能等
纳米粉体改性的重要应用领域:
纳米制造、纳米排列、自组装、纳米传感 器、生物探针、药物输送、涂料、光催化 剂等
纳米粉体表面改性基本原理:
在颗粒表面引入一 层包覆层,形成由 “核层”和“壳层 ”组成的复合粉体 。
光照5min 光照24h 光照48h
图、两种纳米CdS颗粒的紫外-可见吸收谱 (a)以柠檬酸为稳定剂;(b)包覆SiO2
4、其他粉体的sol-gel表面包覆
图、在SiO2表面包覆TiO2的TEM照片(a)和高分辨TEM照片(b)
获得理想包覆层结构的控制手段:
1、核心颗粒的数量、尺寸 2、反应物中不同试剂的比例 3、“核层”颗粒表面与前躯体具有较好 的相容性
第九章 纳米粉体的表面改性 第2节 异质絮凝法
异质絮凝
是指带正电荷和负电荷颗粒,因静电吸引形 成中性聚集体,并迅速聚沉的现象