微乳液法制备纳米材料研究进展

收稿日期:2007-08-13

基金项目:重庆市科委重点自然科学基金项目(2005B A4019).

作者简介:梁依经(1983—),男,甘肃通渭人,硕士研究生,主要从事纳米功能材料的研究.

【机械与材料】

微乳液法制备纳米材料研究进展

梁依经,黄伟九,田中青

(重庆工学院材料科学与工程学院,重庆　400050)

摘要:阐述了微乳液法制备纳米材料的特点,纳米材料的形成机理及影响因素,并综述了应用微乳液技术制备新型纳米材料的最新进展.关　键　词:微乳液;纳米材料;制备中图分类号:TB383 文献标识码:A

文章编号:1671-0924(2007)09-0087-05

Research Progress of Microemulsion Method for Preparing Nanomaterials

LIANG Yi -jing ,HUANG Wei -jiu ,TIAN Zhong -qing

(School of Material Science and Engineerin g ,Chongqing Institute of Technology ,Chongqing 400050,China )

A bstract :In this paper ,the characteristics ,the mechanism and the influence factors of nanomaterials pr eparation by microemulsion method are discussed ,and the latest progress of the microemulsion technology

applied in preparing new nanomaterials is also presented .Key words :microemulsion ;nanomaterials ;preparation 微乳液是指2种互不相溶液体在表面活性剂作用下形成的热力学稳定的、各向同性、外观透明或半透明、粒径1～100nm 的分散体系;它有水包油型(O /W )、油包水型(W /O )和油水双连续型3种结构[1].

W /O 型微乳液又称反相微乳液,其水核在一定条件下具有稳定、小尺寸的特性,即使破裂后还能重新组合,这类似于生物细胞的一些功能,被称为智能微型反应器[2];这个“微型反应器”拥有很大的界面,在其中可以增溶各种不同的化合物,是非常好的化学反应介质[3-5].当在水核内进行化学反应制备超细粒子时,由于反应物被限制在水核内,最终得到的颗粒粒径将受水核大小的控制,

因此可通过控制水核的尺寸和形状制备纳米级的材料.近年来,国内外利用微乳化技术制备纳米材料的报道日见增多,并已成为纳米材料制备的主要技术之一.

1　微乳液法制备纳米材料的特点

与其他纳米材料的制备方法相比,微乳液法制备纳米材料具有以下特点:①粒径分布较窄且

第21卷　第9期Vol .21　No .9重庆工学院学报(自然科学版)

Journal of Chongqing Institute of Technology (Natural Science Edition )2007年9月

Sep .2007

较易控制.由于成核生长是在水核中进行的,水核的大小决定了微粒的大小.通过控制溶剂剂量、表面活性剂用量及适当的反应条件,可以较易获得粒径均匀的纳米微粒.②通过选择不同的表面活性剂分子对粒子表面进行修饰,可获得所需要的具有特殊物理、化学性质的纳米材料.③由于粒子表面包覆一层(或几层)表面活性剂分子,不易聚结,得到的有机溶胶稳定性好,可较长时间放置.④纳米粒子表面的表面活性剂层类似于一个“活性膜”,该层可以被相应的有机基团取代,从而制得特定需求的纳米功能材料.⑤在常压下进行反应,反应温度较温和;装置简单,易于实现.

2　微乳液法制备纳米材料的形成机理及影响因素

2.1　纳米材料的形成机理

当利用微乳液法制备纳米材料时,纳米材料的形成机理一般有以下3种情况

[3]

:

1)将2个分别增溶有反应物A ,B 的微乳液混合,此时由于胶团颗粒间的碰撞,发生了水核内物质的相互交换或物质传递,引起核内的化学反应.由于水核半径是固定的,不同水核内的晶核或粒子之间的物质交换不能实现,所以水核内粒子尺寸可得到控制(如图1所示).

2)一种反应物在增溶的水核内,另一种以水溶液形式(例如水合肼和硼氢化钠水溶液)与前者混合.水相内反应物穿过微乳液界面膜进入水核内与另一反应物作用产生晶核并生长,产物粒子的最终粒径是由水核尺寸决定的.例如,铁、镍、锌纳米粒子的制备就是采用此种体系(如图2所示).

3)一种反应物在增溶的水核内,另一种为气体(如O 2、NH 3,CO 2),将气体通入液相中,充分混合使两者发生反应而制备纳米颗粒(如图3所示)

.

图1　2个微乳体系混合反应

图2　向微乳中加还原剂

图3　气体鼓入微乳液

2.2　影响微乳法制备纳米粒子的因素

影响微乳液法制备纳米材料的因素主要有:1)水核半径.纳米材料的粒径受微乳液水核半径的控制,而水核半径(R )与体系中水与表面活性剂的浓度(w =[H 2O ]/[表面活性剂])及表面活性剂的种类有关.在一定范围内,水核半径随ω的增大而增大,并近似的呈线性关系[6].

2)反应物浓度.适当调节反应物浓度,可使制取粒子的大小受到控制.Pileni 等

[7]

在AOT /异辛

烷/水微乳体系中制备CdS 胶体粒子时,发现超细粒子的粒径受x =[Cd 2+]/[S 2+]的影响,当反应物之一过量时,生成较小的CdS 粒子.这是由于当反应物之一过剩时,结晶过程比等量反应要快,生成的超细粒子粒径也就偏小.

3)盐效应.一般来说,微乳液水核中的反应物主要为无机盐类,因此可加入一些电解质作为反应的催化剂,比如在水解反应中加入适量的碱.这些物质中的反离子会对形成液滴的表面活性剂产生影响.反离子进入液滴膜层,使表面活性剂间的斥力减弱,侧向吸引力加强,液膜更稳固,从而使生成的粒子更规则,更均一.但这种影响对离子型表面活性剂较为明显,而对非离子型表面活性剂影响不大.它的另一个影响则是在水结合方面同表面活性剂竞争,盐的加入一般都会减小水与表面活性剂之间的相溶性,导致微乳液相图上单相区的缩小,增溶水量减少,液滴中水核半径也相应减小[8].

4)微乳液界面膜强度.如果微乳液界面膜强度较低,水核碰撞时界面膜易被打开,导致不同水

核的固体核或纳米粒子之间发生凝并,使纳米粒

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