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1、纳米颗粒的表面修饰与改性,表面工程: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,表面疏水亲水性,电性和反应特性等,实现人们对纳米微粒表面的控制. 表面修饰与改性目的： 改善或改变纳米粒子的分散性 提高微粒表面活性 使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能 改善纳米粒子与其它物质之间的相容性,物理修饰及改性方法, 吸附法,例：十二烷基苯磺酸钠纳米Cr2O3、Mn2O3在乙醇中的分散,无机纳米粒子在非极性油性溶液中的分散,无机纳米粒子在水溶液中的分散,极性官能团,非极性亲油基,可用于吸附的化合物：表面活性剂、聚电解质、嵌段共聚物,在不同介质中，表
2、面活性剂在纳米颗粒表面吸附示意图,物理修饰及改性方法,表面沉积法:将一种物质沉积到纳米微粒表面，形成与颗粒表面无化学结合的异质包覆层,例：纳米TiO2表面包覆Al2O3,纳米粒子分散在水中,60,浓硫酸调节pH值 1.52.0,铝酸钠水溶液,纳米TiO2-Al2O3,物理修饰及改性方法,sol-gel:纳米SiO2对纳米结构的表面包覆 a: 纳米颗粒 b:晶体 c:双连续网状结构作用: 金属颗粒:稳定,防止团聚 磁性颗粒:提高磁流体稳定性 BaTiO3:防止溶解 CdS:光解保护作用 HAp:提高生物相容性,表面sol-gel沉积法:,化学修饰及改性方法, 偶联剂法,硅烷偶联剂：Y-R1-Si
3、(OR)3，对表面具有羟基的无机纳米粒子(如纳米SiO2)最有效，但与CaCO3、碳黑等碱性粒子结合差。,代表性硅烷偶联剂,国内(外)牌号,KH570(A174),KH560(A187),KH550(A1100),化学修饰及改性方法,钛酸酯偶联剂,单烷氧基型 异丙基三（异硬脂酰基）钛酸酯 异丙氧基三（磷酸二辛酯）钛,HO,XC、N、P、S等元素 R长链烷烃 Y羟基、氨基、环氧基、双键等,化学修饰及改性方法,铁黄-FeO(OH)+高沸点醇,200脱水,275脱水,-Fe2O3,Fe3O4,亲油疏水氧化铁,酯化反应表面修饰法对于表面为弱酸性和中性的纳米微粒最有效，如SiO2 、Fe2O3、TiO2
4、、Al2O3、ZnO等,酯化反应采用的醇最有效的是伯醇、其次是仲醇，叔醇无效,酯化反应法:金属氧化物与醇的反应成为酯化反应,化学修饰及改性方法,表面接枝改性法:通过化学反应将高分子链接到无机纳米 粒子表面上的方法称为表面接枝法,聚合与表面接枝同步进行法例如碳黑，表面捕捉自由基能力 较强(边聚合边接枝) 颗粒表面聚合生长接枝法(无机纳米粒子能吸附引发剂)单体在引发剂作用下直接从无机纳米粒子表面开始聚合，诱发生长 偶联接枝法:纳米粒子表面官能团与高分子的直接反应,优点：制备新功能纳米微粒；提高它们在有机溶剂和高分子中的分散性。,化学修饰及改性方法,聚合物包覆改性:,多相聚合法实现聚合物对无机纳米粒
5、子的包覆,化学修饰及改性方法,TMA-POSS:anionic octa(tetramethylammonium)- polyhedral oligomeric silsesquioxane,水溶性POSS改性, 得到水分散型纳米金属粒子,表面改性剂的种类,（1）偶联剂,（2）表面活性剂,（3）有机聚合物聚丙烯蜡、聚乙烯蜡,阴离子：十二烷基苯磺酸钠阳离子：胺盐类非离子：脂肪醇聚氧乙烯醚两性：氧化胺,种类：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆铝酸盐及络合物 作用：无机填料与有机高聚物分子之间的“分子桥”，抑制填料体系“相”分离，增大填充量,表面改性剂的种类,（4）不饱和有机酸如油酸，用于处理含碱金属粒子
6、的无机矿物填料 （5）有机硅硅油、硅表面活性剂，用于高岭土、碳酸钙滑石粉、 水合氧化铝等表面的改性 （6）高级脂肪酸及其盐用于氧化铁红、铁黑、铁黄等粉体表面的改性如硬脂酸、硬脂酸锌,表面改性剂的种类,（8）超分散剂(BYK公司)一部分为锚固基团，可通过离子对、氢键、范德华力等作用以单点或多点的形式紧密地结合在颗粒表面上，另一部分为具有一定长度的聚合物链。适用于提高颜料、填料在非水介质中的分散度 特点：在颗粒表面可形成多点锚固，提高了吸附牢固度而不易解吸溶剂化链比传统分散剂亲油基团长，可起到有效的空间稳定作用形成极弱的胶束，易于活动，能迅速移向颗粒表面，起到润湿保护作用不会在颗粒表面导入亲油膜，
7、从而不致影响产品的应用性能,表面改性剂的种类(常见超分散剂),含有取代氨基的聚酯分散剂:可用于颗粒在有机溶剂及磁粉在基质中的分散。,G- NCO, -NH2 R- C2C10烷基 Q- 聚酯链,用于分散颜料的接枝共聚物分散剂主链：顺丁烯二酸酐乙烯基单体共聚物侧链：醋酸乙烯酯或丙烯酸酯类聚合物,聚（羟基酸）酯类分散剂:用于颜料分散,HO-(-XCOO-)n-M,X- 二价烷基 M- H或金属,分子结构为YCOZR的分散剂,A-烷基或烷羟基,表面改性剂的种类(常见超分散剂),低聚皂类分散剂,水溶性高分子分散剂,纳米颗粒表面改性的应用前景,作为填料应用,在润滑油中的应用-降低摩擦系数,纳米固体的制备,纳米粒子(Al2O3、ZrO2)制备纳米陶瓷 金属纳米粒子制备纳米金属,如纳米金属微粉(钼、钽、镍、铜)、纳米硼酸盐,在纳米复合材料中的应用,改善传统材料性能(结构纳米材料)强度、耐磨、耐刮伤性 赋予材料新的功能(功能纳米材料)如光、电、磁等,
