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1、毕业设计（论文） 表表面面活活性性剂剂在在纳纳米米材材料料制制备备中中的的应应用用 年 级: 学 号: 姓 名: 专 业: 指导老师: 二零一三年三三月七号 院 系： 专 业： 年 级： 姓 名： 题 目：表 面 活 性 剂 在 纳 米 材 料 制 备 中 的 应 用 指导教师 评 语 指导教师 (签章) 成 绩 年 月 日 摘 要 表面活性剂是用途非常广泛的一类两性亲分子，在溶液中体现出诸如乳化，洗 涤，消泡等优越的功能，而表面活性剂的分散机理也是各种研究的基础。表面活性 剂在纳米材料制备中可以控制纳米微粒的大小和形状，改善纳米微粒表面性能和控 制纳米材料结构。 表面活性剂在纳米材料制备中的
2、应用非常广泛，纳米材料的形貌控制成为当前 材料科学研究的前沿与热点。利用微乳液法是可以制备金属单质、合金、金属氧化 物纳米微粒等；利用模板法制备半球状 Au 纳米、合成 Ag2S 半导体纳米棒也可以用 模板剂诱导合成 PbCl2纳米线；沉淀法制备纳米 Fe3O4微粒、纳米氧化锆、球形氧化 铜超微粉末等等；溶胶-凝胶法制备纳米 TiO2和二氧化锡粉体；水热合成制备 PbS 纳米晶和 Fe3O4磁流体等，这些都是表面活性剂在纳米材料制备中应用的很好证明。 关键词：表面活性剂； 纳米材料； 微乳液； 模板法；沉淀法 II Abstract Surfactant is two close molecu
3、les that use very widely. In the solutions, it has many good functions, like: emulsification, washing. Surfactant in making nanometer material can control nanometer materials size and shape, improve nanometer material surface properties and control nanometer material structure. Surfactants in prepar
4、ation of nanometer materials is used extensively, nanometer materials morphology control become the current material the frontiers of science and hot. Using the micro emulsion polymerization can be prepared metal elemental、alloy 、metal oxides nanometer material etc. Using the template method for hal
5、f globular Au nanometer material、synthesisAg2S semiconductor , also can use templates on PbCl2 nanometer material induced synthesis. Using precipitation method for Fe3O4 material and ZrO2 nanometer material etc. Sol-gel method for TiO2 and SnO2. Hydrothermal synthesis preparation PbS nanometer mater
6、ial and Fe3O4 etc, these are all Very good proof for surfactants in preparation of nanometer materials. Keywords: surfactant; nanometer material; micro emulsion method; template method; precipitation method 甘肃有色冶金职业技术学院毕业设计（论文） III 目目 录录 摘摘 要要 ABSTRACT 引引 言言1 第一章第一章 绪论绪论2 1.1 表面活性剂与纳米技术的关系 .2 1.2 表面
7、活性剂在纳米材料制备中的作用 .3 第二章第二章 表面活性剂的分散机理和纳米材料的基本效应表面活性剂的分散机理和纳米材料的基本效应4 2.1 表面活性剂的分散机理 .4 2.2 纳米材料的 4 种基本效应 .5 第三章第三章 表面活性剂在纳米材料制备中的应用表面活性剂在纳米材料制备中的应用6 3.1 微乳液在纳米材料制备中的应用 .6 3.1.1 微乳液中纳米微粒的形成机理6 3.1.2 微乳液法在纳米材料制备中的应用6 3.2 模板法在纳米材料制备中的应用.7 3.2.1 模板法合成纳米材料的特点8 3.2.2 模板法在纳米材料制备中的应用 8 3.3 沉淀法在纳米材料制备中的应用.9 3.
8、3.1 表面活性剂也沉淀法的关系9 3.3.2 沉淀法在纳米材料制备中的应用9 3.4 溶胶-凝胶法在纳米材料制备中的应用.10 3.4.1 表面活性剂与溶胶-凝胶法.10 3.4.2 溶胶-凝胶法在纳米材料制备中的应用.10 第四章第四章 表面活性剂在纳米材料制备中的应用展望表面活性剂在纳米材料制备中的应用展望 .11 结结 论论12 参考文献参考文献13 谢谢 辞辞14 甘肃有色冶金职业技术学院毕业设计（论文） 1 引引 言言 纳米材料研究是目前国内外材料科学研究的一个热点,纳米技术被公认是 21 世 纪最具有前途的科研领域。1984 年德国萨尔兰大学的 Gleiter 以及美国阿贡实验室
9、的 Siegel 相继成功地制得了纯物质的纳米细粉,从而使纳米材料进入一个新阶段。1990 年 7 月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上，正式宣布纳米科学为材料科 学的一个分支。 纳米材料由于具有特殊的物理、化学性质,可广泛应用于电子、光学、生物医药 等领域。在纳米材料的制备研究中，研究人员一直致力于对其组成、结构、形貌、 尺寸、取向等方面进行控制，以使得制备出的材料具备各种预期的或特殊的物理化 学性质。 表面活性剂具有润湿、乳化、分散、增溶、发泡、消泡、渗透、洗涤、抗静电、 润滑和杀菌等一系列优异性能，几乎渗透到社会生活中的一切技术经济部门。近年 来，随着社会的进步，科技的发展，一大批
10、高新技术产业的涌现，表面活性剂的应 用领域也在不断地被扩展。 基于此，近年来表面活性剂在制备纳米材料引起了广泛的重视，其中它对纳米 材料的大小、形貌、结构等的影响也越来越多的得到关注。将表面活性剂运用到纳 米材料的制备研究中，为开发研究新性能纳米材料提供了一条新的途径。 甘肃有色冶金职业技术学院毕业设计（论文） 2 第一章 绪论 1.1 表面活性剂与纳米技术的关系 表面活性剂的英文名称为Surfactant,指的是那些具有很强表面活性、能使液体 的表面张力显著下降并改变体系界面状态的物质。表面活性剂分子一般由非极性烃 链和一个以上的极性基团组成,烃链长度一般在8个碳原子以上。极性基团可以是羧
11、酸及其盐、磺酸及其盐、硫酸酯及其可溶性盐、磷酸酯基、氨基或胺基及它们的盐, 也可以是羟基、酰胺基、醚键、羧酸酯基等。 表面活性剂由于它本身的结构特点，在溶液中体现出诸如乳化、洗涤、消泡等 优越的功能，因此，表面活性剂的应用一直是日用化学工业的研究和开发的重点。 随着对表面活性剂结构与性能的认识和研究，针对表面活性剂在溶液中所表现的结 果和性能特点，人们开始利用表面活性剂制备纳米材料，并通过对表面活性剂结构 和功能关系研究表面活性剂的特性，对纳米的产生，形成过程，纳米微粒的中间控 制，纳米微粒表面的性能控制，纳米微粒表面结构改变，纳米结构材料设计，纳米 结构材料正题调控等进行了相应的研究和探讨。
12、 在纳米材料研究过程中，只有实现对纳米材料微结构的有效控制，才有可能将 其更有效地应用于微电子器件等高科技领域中，因此，纳米材料的形貌控制成为当 前材料科学研究的前沿与热点。表面活性剂具有双亲性质，能吸附在固体表面,其长 分子链的位阻效应可避免纳米粒子的团聚；其在溶液中可自组装形成胶团、反胶团、 微乳液、囊泡、液晶等各种有序聚集体,这些聚集体的微环境可以作为微反应器或模 板，从而实现对纳米材料形貌的调控。但是，人们对表而活性剂在纳米材料制备过 程中的作用机理、反应动力学等问题还不够明了，对很多制备过程的认识还处于经 验或半经验的阶段，尚无完整的理论基础与体系。因此，开展表面活性剂在纳米材 料形
13、貌调控中的作用及机理研究对纳米材料的制备具有重要意义。 甘肃有色冶金职业技术学院毕业设计（论文） 3 1.2 表面活性剂在纳米材料制备中的作用 1.2.1 控制纳米微粒的大小和形状 在纳米材料制备过程中，表面活性剂可起到板剂、稳定剂、分散剂等作用,由于 表面活性剂在溶剂中能够自组装形成胶团、微乳、液晶、囊泡等有序结构,因此可以 利用其作为模板，获得具有一定粒径分布和形状的纳米粒子。而且表面活性剂通过 配位或电荷作用包覆在粒子表面以控制粒子成核及生长，并对粒子生长起到一定的 稳定作用，可用作稳定剂的表面活性剂较多，如CTAB、壬基酚聚氧乙烯醚(NP)系列、 AOT、(氧化) 三正辛基膦TOP(O
14、)、硬脂醇醚系(Brij)、吐温(Tween)系列、聚氧化 乙烯(PEO)等。另外，可以利用表面活性剂的亲水或亲油基吸附在纳米粒子表面,其 所具有的烃，基长链形成一定的位阻,能够阻止纳米粒子的团聚,在纳米材料制备中 又起稳定剂和分散剂作用。如在蒽、-Fe2O3、MnFe2O4 等纳米粒子的制备中,所用 的表面活性剂均起到上述作用1-4。 1.2.2 改善纳米微粒表面性能 由于纳米材料表面效应作用，纳米粉体表面有很多电荷或官能团，其表面能很 高，这些特点决定了纳米粉体表面能倾向于变小而出现团聚的特点。表面活性剂亲 水基团对固体的吸附性和化学反应活性及其降低表面张力的特性可以控制纳米微粒 的亲水性
15、或是亲油性，表面活性，同时对纳米微粒表面进行改性：一是亲水基团与 表面活性剂结合生成新结构，赋予纳米微粒表面新的活性；二是降低纳米微粒表面 能，是纳米微粒处于稳定状态；三是表面活性剂的长尾端在微粒表面形成空间位阻， 防止纳米微粒的再团聚，由此改善纳米粉体在不同介质中的分散性，纳米粒子表面 反应性，纳米粒子表面结构等。 针对改性问题，要合成分散性良好、性能稳定的纳米材料就必须使新生颗粒表 面迅速被介质润湿,即使其被分散的介质所隔离。纳米材料合成过程中加入表面活性 剂,不仅可在初期作为模板剂,而且能在刚形成的纳米晶种表面快速吸附,从而有效防 止材料的团聚。通常表面活性剂浓度在CMC以下时发生单层吸
16、附而使纳米材料表面疏 甘肃有色冶金职业技术学院毕业设计（论文） 4 水，在CMC以上时发生双层吸附而使纳米材料表面亲水，研究发现这两种吸附都能起 到防止团聚的作用。 第二章 表面活性剂的分散机理和纳米材料的 基本效应 2.1 表面活性剂的分散机理 (1) 静电稳定机制 在粉体悬浮液中加入分散剂，可降低固、液之间的界面张力，有效润湿颗粒。 以水性分散介质为例，分散剂亲油性基团吸附于固体粒子表面，亲水基团为水介质 溶剂化，并扩展到水相介质中，由此围绕粒子形成一个带电荷的保护屏障， 双层包 围粒子，粒子之间产生静电斥力，使分散体稳定5。 (2) 空间位阻稳定机制 空间位阻稳定机制通过加人高分子聚合物(分散剂)，使其一端的官能团与胶体 发生吸附，另一端溶剂化链就会伸向介质中，形成阻挡层，阻挡胶粒之间的碰撞
