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關於表面活性劑在納米技術領域的研究摘要表面活性劑是由兩種截然不同的粒子形成的分子，一種粒子具有極強的親油性，另一種則具有極強的親水性。溶解于水中以後，表面活性劑能降低水的表面張力，並提高有機化合物的可溶性。納米材料是指在三維空間中至少有一維處於納米尺度範圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構成的材料，這大約相當於10~100個原子緊密排列在一起的尺度。納米材料在複合過程中經常遇到材料複合性能較差的問題，尤其是兩種不同極性之間的物質。而表面活性劑在納米材料領域的應用很好的解決的這個問題，所以說表面活性劑在納米技術領域有著不可替代的作用。關鍵字：表面活性劑納米材料介面結構表面活性劑是一種具有親水親油結構並具有降低表面張力、減小表面能，能對溶液進行乳化、濕潤、成膜等功能的有機化合物。表面活性劑的英文為Surfactant或SurfaceActiveAgent，英文縮寫為SAA。分子之間的作用力使一些物質在常溫常壓下以液態形式存在，例如水、油，水是最典型的實例。在液體內部，分子受到的作用力基本上是對稱的，然而在液體表面的分子，既受到下面液相分子的作用，又上面受到氣相分子的作用，氣體分子由於其密度很小，其對液體介面分子的作用力很小，可以忽略不計，因此液體表面收到的作用不對稱，從而使液體表面分子向液體內部作用，表現出表面積自動收縮的現象。如右圖所示。對於水溶液，含有不同溶質和濃度的液體，表面分子的作用力大小不同，即表面張力不同。一般影響液體表面張力變化的因素有三類：第一類是隨著濃度增加，液體表面張力隨之升高，這類物質為無機鹽，例如NaClNa2SO4KOHKNO3等；第二類是隨著溶液濃度的增加，表面張力逐漸降低，這類物質是極性有機物，例如ROHRCOOHRCOORRCHO等；第三類是加入少量溶質，溶液表面張力急劇下降，但達到一定濃度後，隨著溶液濃度增加，表面張力的值幾乎不再變化，這類物質為八個碳以上的有機鹽類和類似結構的有機物，例如有機酸鹽、有機胺鹽、磺酸鹽、苯磺酸鹽、聚乙烯醚酯類等。在此，第三種物質可以大大降低水溶液的表面張力，所以說它們對水溶液有表面活性。能顯著降低液體表面張力的物質就叫做表面活性劑。表面活性劑分子帶有兩個不同性質的基團，親水基和親油基。是與乳化、增溶、分散、潤濕、起泡等介面現象有關的重要化學物質。如右圖，為磷脂分子的結構示意圖，磷脂分子的上端含有膽鹼類物質，為親水基團，下端為烴基鏈端，為親油基團。當表面活性劑在溶液中分散達到一定的濃度時，表面活性劑分子會從單體（單個離子或分子）聚合成膠態聚合物，形成膠團，溶液性質隨之發生改變。此時的濃度，即形成膠團的濃度，稱為臨界膠團濃度，英文縮寫為CMC（Criticalmicelleconcentration）。因為溶液中的膠團的類型不同，所以形成的膠團的結構也不同，常見的膠團的形狀為球形膠團、棒狀膠團、棒狀膠團六角束、反棒狀膠團六角束和層狀膠團等六種形式。納米材料是指在三維空間中至少有一維處於納米尺度範圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構成的材料，這大約相當於10~100個原子緊密排列在一起的尺度。從尺寸大小來說，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100釐米，1釐米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。納米級結構材料簡稱為納米材料(nanometermaterial)，是指其結構單元的尺寸介於1納米～100納米範圍之間。由於它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。並且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同於該物質在整體狀態時所表現的性質。納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nanoparticle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇簇和宏觀物體交界的過渡區域，從通常的關於微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。納米材料無論形式、性能如何變化，納米材料與基體材料的複合有兩種形式：①納米材料與基體材料直接複合②納米材料前驅體與複合物反應複合。因此，提高納米複合材料的性能的根本方法是使納米材料與基體材料完全“溶為一體”，消除介面改善納米材料與基體材料的介面狀態，因此，表面活性劑在消除兩廂介面中發揮重要的作用。表面活性劑在消除兩相介面過程中存在三個重要的作用：偶聯作用、活化作用和分散作用。一、偶聯作用表面活性劑的結構特性決定其在納米複合材料中的應用特點是，利用其在固體表面的吸附，降低固體表面張力，減少無機納米粉體介面能量，以使納米粉體與基體材料互相結合。表面活性劑在消除介面中的作用有以下幾方面：①表面活性劑吸附在固體表面，降低介面能，親油基面向聚合物，增加介面相容性。②表面活性劑基團與固體表面基團靜電吸附，親油基面向聚合物，增加介面相容性。③表面活性劑基團與固體表面反應，親油基面向聚合物，增加介面相容性。④表面活性劑有機鏈在固體表面成為空間位阻，防止納米固體顆粒再團聚，同時增加無機/有機介面相容性。二、活化作用表面活性劑在納米表面的吸附、靜電吸引或成鍵。使納米微粒的表面性能發生了極大的變化。當朝向微粒表面的表面活性劑含有反應基團時，在與聚合物的符合中，這些官能團可能與聚合物中的官能團發生反應。我們把具有反應性的納米微粒的這一改變過程稱為活化作用。由此可見，表面活性劑對納米微粒具有活化作用，表面活性劑對納米微粒的活化作用廣泛應用于納米複合材料的合成與製備中，例如納米微粒的微表面處理；納米微粒的活化處理；納米微粒的表面修飾和改性等。三、分散作用在納米複合材料的製備中很多採用的是濕法進行合成或複合，因此，表面活性劑的作用充分發揮，起到加溶、乳化和分散作用。表面活性劑在溶液法製備納米複合材料中的作用主要是：①表面活性降低無機—有機介面張力，改善液體流動性，使反應物之間更均勻一致。②表面活性劑在無機—有機溶劑體系中通過相似共溶原理，形成橋樑作用，表面活性劑的兩親性使之介於無機—有機之間，進行雙頭搭橋減小介面作用力。③表面活性劑的加溶性是無機膠體增加有機物在膠團中的溶解度，進行相互滲透，以增加介面的緻密性，表面活性接在納米複合材料的作用，體現在材料的複合製備中，因此，選擇使用的表面活性劑首先要以複合材料組分的性質和加工方法、工藝為基礎，然後確定表面活性劑並設計合適的工藝路線以達到表面活性劑的“橋樑”作用。姓名：王志鳴班級：2010級化學系本科四班學號：20100811072