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1、微乳液法制備納米材料仇樂樂摘要：本文介紹了使用微乳液法制備納米材料的一些基本理論和應(yīng)用。從微乳液的定義、形成和穩(wěn)定性理論方面簡單的介紹了微乳液。又從微乳液制備納米材料的原理和制備出的納米粒子的特點(diǎn)方面介紹了微乳液法的一些基本知識。接著又著重講述了從微乳液法制備納米材料的影響因素和應(yīng)用。最后對微乳液法制備納米材料做了總結(jié)和展望。關(guān)鍵詞：微乳液，納米材料，影響因素，應(yīng)用一、引言微乳液是兩種不互溶液體形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性的、外觀透明或半透明的分散體系，微觀上由表面活性劑界面膜所穩(wěn)定的一種或兩種液體的微滴所構(gòu)成。它的特點(diǎn)是使不相混溶的油、水兩相在表面活性劑(有時(shí)還要有助表面活性劑)存在下，
2、可以形成穩(wěn)定均勻的混合物。因而在醫(yī)藥、農(nóng)藥、化妝品、洗滌劑、燃料等方面得到了廣泛的應(yīng)用。微乳可將類型廣泛的物質(zhì)增溶在一相中的能力已被作為反應(yīng)介質(zhì)用于無機(jī)、有機(jī)各類反應(yīng)。當(dāng)在微乳中聚合時(shí)，可得到納米級的熱力學(xué)穩(wěn)定的膠乳，微乳質(zhì)點(diǎn)的納米級范圍使得能夠利用微乳技術(shù)制備所要求的大小和形狀的超細(xì)粒子。實(shí)驗(yàn)裝置簡單，操作容易，已引起人們的重視。二、微乳液內(nèi)超細(xì)顆粒的形成機(jī)理用來制備納米粒子的微乳液往往是W／O型體系，該體系的水核是一個(gè)“微型反應(yīng)器”，或叫納米反應(yīng)器，水核內(nèi)超細(xì)顆粒的形成機(jī)理有三種情況：(1)將兩個(gè)分別增溶有反應(yīng)物的微乳液混合,由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)相互交換或傳遞，引起核
3、內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)。于是在其中生成的粒子尺寸也就得到了控制。由此可見，水核的大小控制了超細(xì)微粒的最終粒徑；(2)一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液的形式與前者混合。這時(shí)候，水相內(nèi)反應(yīng)物穿過微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)，與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。超細(xì)顆粒形成后，體系分為兩相，其中微乳相含有生成的粒子，可進(jìn)一步分離得到超細(xì)粒子；(3)一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體。將氣體通入液相中，充分混合使二者發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)仍然局限在膠團(tuán)內(nèi)。三、微乳液的形成和穩(wěn)定性理論描述微乳液形成的一個(gè)簡單形式是把分散相部分
4、考慮成很小的液滴構(gòu)型熵發(fā)生變化，ΔSconf可近似的表示為：其中n為分散相的液滴數(shù)，kB為Boltzmann常數(shù)，φ是分散相的體積分?jǐn)?shù)。締合自由能的改變可表示為增加的新界面面積所需的自由能ΔAγ12,和構(gòu)型熵之和：其中，ΔA是界面面積A的改變量(半徑為r的液滴面積為4πr2)，γ12是在溫度T(Kelvin)的1相和2相(如油相和水相)之間界面張力。分散時(shí)小液滴數(shù)增加且ΔSconf是正值，如果表面活性劑能將界面張力降到足夠低，式中的能量項(xiàng)ΔAγ12相對較小且是正值，這樣允許負(fù)的并且是有利的自由能變化就可自發(fā)形成微乳液。在無表面活性劑的油-水體系中γo/w是50mN.m-1級的,在形成微乳液
5、的過程中界面面積ΔA較大通常因數(shù)是104至105這樣在無表面活性劑時(shí)式中的第二項(xiàng)數(shù)量級就是1000kBT為了滿足ΔAγ12≤TΔSconf的條件界面張力應(yīng)該非常低(約0.01mN.m-1)一些表面活性劑雙鏈離子型和一些非離子型的能將界面張力降到很低10-2至10-4mN.m-1但在大多數(shù)情況下由于在獲得低界面張力之前就已達(dá)到表面活性劑的CMC這樣低的界面張力并不能有單一表面活性劑來獲得要進(jìn)一步降低界面張力的有效方法就是加入第二種具有表面活性的物質(zhì)即共表面活性劑,如一種表面活性劑或中等鏈長的醇。四、微乳液法制備的納米粒子的特點(diǎn)微乳膠束的結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)平衡中,膠束間不斷碰撞而聚集成二聚體、三聚體
6、。這些聚集體的形成會(huì)影響膠束直徑的單分散性,進(jìn)而影響合成微粒粒徑的單分散性。同時(shí),通過控制膠束及“水池”的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、極性、疏水性等,可望用分子規(guī)?？刂萍{米粒子的大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)及物性的特異性。用該法制備納米粒子的實(shí)驗(yàn)裝置簡單,能耗低,操作容易,具有以下明顯的特點(diǎn):(1)粒徑分布較窄,粒徑可以控制；(2)選擇不同的表面活性劑修飾微粒子表面,可獲得特殊性質(zhì)的納米微粒；(3)粒子的表面包覆一層(或幾層)表面活性劑,粒子間不易聚結(jié),穩(wěn)定性好；(4)粒子表層類似于“活性膜”,該層基團(tuán)可被相應(yīng)的有機(jī)基團(tuán)所取代,從而制得特殊的納米功能材料；(5)表面活性劑對納米微粒表面的包覆改善了納米材料的界面性質(zhì),
7、顯著地改善了其光學(xué)、催化及電流變等性質(zhì)。五、制備納米材料的影響因素1、含水量的影響Ｗ/Ｏ型微乳液中水核的大小和水與表面活性劑的比例密切相關(guān),水核的大小限制了納米粒子的生長,決定了納米微粒的尺寸。因此,納米粒子的粒徑可通過調(diào)節(jié)水量進(jìn)行控制。在Ｗ/Ｏ型微乳液中,研究了水與表面活性劑摩爾比對納米TiO2粒徑和性能的影響。結(jié)果表明,TiO2的晶粒粒徑和性能受控于水與表面活性劑摩爾比的大小。當(dāng)增加水的摩爾分?jǐn)?shù)時(shí),TiO2的粒徑在8
