纳米材料导论 纳米微粒表面修饰

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1、补充：纳米微粒表面修饰第一节：纳米微粒的表面修饰研究及方法概述第二节：纳米微粒表面物理修饰第三节：纳米微粒表面化学修饰一、酯化反应法二、偶联剂法三、表面接枝改性法本章要点：介绍纳米微粒表面修饰的意义，介绍目前比较常用的物理和化学修饰方法。纳米微粒表面修饰纳米微粒的表面修饰是纳米材料科学领域十分重要的研究课题。90年代中期，国际材料会议提出了纳米微粒的表面工程新概念．所谓纳米微粒的表面工程就是用物理、化学方法改变纳米微粒表面的结构和状态，实现人们对纳米微粒表面的控制．近年来．纳米微粒的表面修饰已形成了一个研究领域，它把纳米材料研究推向了一个新的阶段．在这个领

2、域进行研究的重要意义在于:人们可以有更多的自由度对纳米微粒表面改性．不但对深入认识纳米微粒的基本物理效应，而且也扩大了纳米微粒的应用范围。(1)改善或改变纳米粒子的分散性；(2)提高微粒表面活性；(3)使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能；(4)改善纳米粒子与其它物质之间的相容性．通过对纳米微粒表面的修饰，可以达到以下4个方面的目的：1纳米微粒的表面修饰研究及方法概述为了增加纳米材料与聚合物的界面结合力，提高复合材料的性能，需要对纳米材料的表面进行改性在复合材料中，材料的复合是通过界面直接接触实现的，因此界面的微观结构和性质将直接影响其结合力性

3、质、粘合强度和复合材料的力学性能以及物理功能。1.1纳米微粒的表面修饰研究纳米微粒表面改性后，由于表面性质发生了变化，其吸附、润湿、分散等一系列性质都将发生变化。研究表面修饰主要是探讨表面化学中的一些基本问题,如:修饰方法和机理修饰样品（吸附剂）和吸附质之间的作用力性质样品改性前后吸附作用与润湿性能的变化规律性以及界面层结构等等。在工程上，微粒的表面修饰主要着眼于修饰的工艺和效果以及修饰产品在各方面的应用前景。对纳米微粒的表面修饰研究主要包括以下三个方面内容:①研究超细粒子的表面特性，以便有针对性地进行改性处理。②利用上述测定结果对粒子的表面特性进行综合分

4、析评估。③确定表面修饰剂的类型以及表面处理工艺。本章主要讨论纳米微粒表面修饰的方法及工艺1.2纳米微粒表面修饰的方法(1)表面覆盖修饰利用表面活性剂使高分子化合物、无机物、有机物等新物质覆盖于微粒体表面，以达到表面改性的目的。(2)局部化学修饰利用化学反应赋予粒子表面新的功能基，使其产生新的机能。(3)机械化学修饰通过粉碎、磨碎、摩擦等方法增强粒子的表面活性，这种活性使分子晶格发生位移，内能增大，从而使粒子温度升高、熔解或热分解，在机械力或磁力作用下活性的微粒体表面与其他物质发生反应、附着，达到表面改性的目的。按工艺则分为以下六类(4）外膜层修饰（胶囊式）

5、在粒子表面包上一层其他物质的膜，使粒子表面特性发生改变。与（1)不同的是，包上的这层膜是均匀的。(5）高能量表面修饰利用电晕放电、紫外线、等离子束射线等对粒子进行表面改性。(6)利用沉淀反应进行表面修饰这是目前工业上用得最多的方法。2纳米微粒表面物理修饰表面物理修饰：通过吸附、涂敷、包覆等物理作用对微粒进行表面改性，利用紫外线、等离子射线等对粒子进行表面改性也属于物理修饰。表面物理修饰主要有以下两种方法。2.1通过范德瓦耳斯力等特异质材料吸附在纳米微粒的表面2.2表面沉积法粉末的团聚一般分为两种：粉末的软团聚和硬团聚粉末的软团聚:主要是由于颗粒之间的范德华

6、力和库仑力所致，该团聚可以通过一些化学作用或施加机械能的方法消除；粉末的硬团聚:团聚体内除了颗粒之间的范德华力和库仑力之外，还存在化学键作用。2.1通过范德瓦耳斯力等特异质材料吸附在纳米微粒的表面一般采用表面活性剂对无机纳米微粒表面的修饰就是属于这一类方法.采用表面活性剂作为分散剂的机理：主要是利用表面活性剂在固液表面上的吸附作用，能在颗粒表面形成一层分子膜阻碍颗粒之间相互接触，同时增大了颗粒之间的距离，使颗粒接触不再紧密，避免了架桥羟基和真正化学键的形成。表面活性剂还可以降低表面张力，从而减少毛细管的吸附力。加入高分子表面活性剂还可起到一定的空间位阻作用

7、。无机纳米粒子在水溶液中分散表面活性剂的非极性的亲油基吸附到微粒表面，而极性的亲水集团与水相容，这就达到了无机纳米粒子在水中分散性好的目的．表面活性剂分子中含有两类性质截然不同的官能团，一是极性集团，具有亲水性，另一个是非极性官能团，具有亲油性。亲水端亲油端纳米粒子在非极性的油性溶液中分散表面活性剂的极性官能团吸附到纳米微粒表面，而非极性的官能团与油性介质相溶合．例如，以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂修饰纳米，这些纳米粒子能稳定地分散在乙醇中.以Mg(OH)2吸附硬脂酸钠或油酸钠等，可使亲水性的Mg(OH)2转变为亲油性，从而能改善其在聚丙烯中的分散性。欲对

8、SiO2及TiO2有机化改性，可直接吸附阳离子表面活性剂，但阳离子