化工專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文--納米材料的概述及化工制備方法

1、<p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　引 言2</b></p><p>　　1 納米材料的概述3</p><p>　　1.1納米材料的定義3</p><p>

2、　　1.2納米材料的制備方法4</p><p>　　1.2.1機(jī)械法4</p><p>　　1.2.2化學(xué)制備方法5</p><p>　　2 微乳反應(yīng)器原理6</p><p><b>　　2.1微乳液6</b></p><p>　　2.2微乳反應(yīng)器原理7</p><

3、;p>　　2.2.1分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合8</p><p>　　2.2.2反應(yīng)物A的微乳液與反應(yīng)物B水溶液混合9</p><p>　　2.2.3反應(yīng)物A的微乳液與反應(yīng)物B氣體9</p><p>　　2.3微乳反應(yīng)器的形成及結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.3.1微乳液的形成機(jī)理10</p><

4、p>　　2.3.2微乳液的結(jié)構(gòu)11</p><p>　　3 微乳反應(yīng)器的應(yīng)用——納米顆粒材料的制備12</p><p>　　3.1納米催化材料的制備12</p><p>　　3.2聚合物納粒的制備12</p><p>　　3.3金屬單質(zhì)和合金的制備13</p><p>　　3.4無(wú)機(jī)化合物納粒的制備

5、13</p><p>　　3.5磁性氧化物顆粒的制備13</p><p><b>　　結(jié) 論14</b></p><p><b>　　致 謝16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　

6、摘 要</b></p><p>　　本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。</p><p>　　并簡(jiǎn)單的對(duì)什么是納米材料，納米材料的一系列制備方法做了介紹，從而了解到微乳化法相對(duì)于其它制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 納米粒子；微乳液；微乳反應(yīng)器；納米材料制

7、備</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　納米材料和納米科技被廣泛認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新型材料和科技領(lǐng)域之一。早在二十世紀(jì)60年代,英國(guó)化學(xué)家Thomas就使用“膠體”來(lái)描述懸浮液中直徑為1nm-100nm的顆粒物。1992年,《Nanostructured Materials》正式出版,標(biāo)志著納米材料學(xué)成為一門(mén)獨(dú)立的科學(xué)。納米材料是指

8、任意一維的尺度小于100nm的晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及界面層結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)粒子尺寸小至納米級(jí)時(shí),其本身將具有表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng),這些效應(yīng)使得納米材料具有很多奇特的性能。1982年， Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～10nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子

9、。美國(guó)自1991年開(kāi)始把納米技術(shù)列入“政府關(guān)鍵技術(shù)”,我國(guó)的自然科學(xué)基金等各種項(xiàng)目和研究機(jī)構(gòu)都把納米材料和納米技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。由于納米材料的形貌和尺寸對(duì)其性能有著重要的影響,因此,納米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作為高級(jí)納米結(jié)構(gòu)材料和納米器件的</p><p>　　納米材料的概述及化工制備方法</p><p>　　1 納米材料的概述及制備方法</p><

10、p>　　1.1納米材料的定義</p><p>　　納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料簡(jiǎn)稱(chēng)為納米材料(nano material)，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長(zhǎng)度，它的性質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相干所帶來(lái)的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長(zhǎng)，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)

11、。</p><p>　　納米材料具有一定的獨(dú)特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí)，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時(shí)，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時(shí)則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。</p><p>　　納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是在其表面積相對(duì)增大，也就是超微粒子的表面布滿(mǎn)了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表

12、面能的不安定原子。這類(lèi)原子極易與外來(lái)原子吸附鍵結(jié)，同時(shí)因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。 就熔點(diǎn)來(lái)說(shuō)，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處于不安定狀態(tài)，使其表面晶格震動(dòng)的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成熔點(diǎn)下降，同時(shí)納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進(jìn)材料。 </p><p>　　一般常見(jiàn)的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無(wú)法區(qū)分出

13、其磁區(qū)時(shí)，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時(shí)，將成為優(yōu)異的磁性材料。 </p><p>　　納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小于光波的長(zhǎng)，因此將與入射光產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用。金屬在適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱(chēng)為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強(qiáng)烈對(duì)比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。</p><p&

14、gt;　　納米技術(shù)在世界各國(guó)尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國(guó)家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國(guó)已努力趕上先進(jìn)國(guó)家水平，研究隊(duì)伍也在日漸壯大。</p><p>　　1.2納米材料的制備方法</p><p><b>　　1.2.1機(jī)械法</b></p><p>　　機(jī)械法有機(jī)械球磨法、機(jī)械粉碎法以及超重力

15、技術(shù)。機(jī)械球磨法無(wú)需從外部供給熱能,通過(guò)球磨讓物質(zhì)使材料之間發(fā)生界面反應(yīng),使大晶粒變?yōu)樾【Я?得到納米材料。范景蓮等采用球磨法制備了鎢基合金的納米粉末。xiao等利用金屬羰基粉高能球磨法獲得納米級(jí)的Fe-18Cr-9W合金粉末。機(jī)械粉碎法是利用各種超微粉機(jī)械粉碎和電火花爆炸等方法將原料直接粉碎成超微粉,尤其適用于制備脆性材料的超微粉。超重力技術(shù)利用超重力旋轉(zhuǎn)床高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的相當(dāng)于重力加速度上百倍的離心加速度,使相間傳質(zhì)和微觀混合得到極大

16、的加強(qiáng),從而制備納米材料。劉建偉等以氨氣和硝酸鋅為原料,應(yīng)用超重力技術(shù)制備粒徑20nm—80nm、粒度分布均勻的ZnO納米顆粒。</p><p>　　（1）氣相法包括蒸發(fā)冷凝法、溶液蒸發(fā)法、深度塑性變形法等。蒸發(fā)冷凝法是在真空或惰性氣體中通過(guò)電阻加熱、高頻感應(yīng)、等離子體、激光、電子束、電弧感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體并使其達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài),然后在氣體介質(zhì)中冷凝形成高純度的納米材料。Takaki等在惰性氣體保護(hù)

17、下,利用氣相冷凝法制備了懸浮的納米銀粉。杜芳林等制備出了銅、鉻、錳、鐵、鎳等納米粉體,粒徑在30nm—50 nm范圍內(nèi)可控。魏勝用蒸發(fā)冷凝法制備了納米鋁粉。溶液蒸發(fā)法是將溶劑制成小滴后進(jìn)行快速蒸發(fā),使組分偏析最小,一般可通過(guò)噴霧干燥法、噴霧熱分解法或冷凍干燥法加以處理。深度塑性變形法是在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下,材料極大程度地發(fā)生塑性變形,而使尺寸細(xì)化到納米量級(jí)。有文獻(xiàn)報(bào)道,Φ82mm的Ge在6GPa準(zhǔn)靜壓力作用后,再經(jīng)850℃熱處理,納米結(jié)

18、構(gòu)開(kāi)始形成,材料由粒徑100nm的等軸晶組成,而溫度升至900℃時(shí),晶粒尺寸迅速增大至400nm。 </p><p>　?。?）濺射技術(shù)是采用高能粒子撞擊靶材料表面的原子或分子,交換能量或動(dòng)量,使得靶材料表面的原子或分子從靶材料表面飛出后沉積到基片上形成納米材料。在該法中靶材料無(wú)相變,化合物的成分不易發(fā)生變化。目前,濺射技術(shù)已經(jīng)得到了較大的發(fā)展,常用的有陰極濺射、直流磁控濺射、射頻磁控濺射、離子束濺射以及電子回旋

19、共振輔助反應(yīng)磁控濺射等技術(shù)。等離子體法是利用在惰性氣氛或反應(yīng)性氣氛中通過(guò)直流放電使氣體電離產(chǎn)生高溫等離子體,從而使原料溶液化合蒸發(fā),蒸汽達(dá)到周?chē)鋮s形成超微粒。等離子體溫度高,能制備難熔的金屬或化合物,產(chǎn)物純度高,在惰性氣氛中,等離子法幾乎可制備所有的金屬納米材料。 </p><p>　　以上介紹了幾種常用的納米材料物理制備方法,這些制備方法基本不涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),因此,在控制合成不同形貌結(jié)構(gòu)的納米材料時(shí)具有一

20、定的局限性。</p><p>　　1.2.2化學(xué)制備方法</p><p>　　（1）溶膠—凝膠法的化學(xué)過(guò)程首先是將原料分散在溶劑中,然后經(jīng)過(guò)水解反應(yīng)生成活性單體,活性單體進(jìn)行聚合,開(kāi)始成為溶膠,進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠。Stephen等利用高分子加成物(由烷基金屬和含N聚合物組成)在溶液中與H2S反應(yīng),生成的ZnS顆粒粒度分布窄,且被均勻包覆于聚合物基體中,粒徑范圍可控制在2nm-5

21、nm之間。Marcus Jones等以CdO為原料,通過(guò)加入Zn(CH3)2和S[Si(CH3)3]2制得了ZnS包裹的CdSe量子點(diǎn),顆粒平均粒徑為3.3nm,量子產(chǎn)率(quantum yield,QY)為13.8%。</p><p>　?。?）離子液作為一種特殊的有機(jī)溶劑,具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),如粘度較大、離子傳導(dǎo)性較高、熱穩(wěn)定性高、低毒、流動(dòng)性好以及具有較寬的液態(tài)溫度范圍等。即使在較高的溫度下,離子液仍具

22、有低揮發(fā)性,不易造成環(huán)境污染,是一類(lèi)綠色溶劑。因此,離子液是合成不同形貌納米結(jié)構(gòu)的一種良好介質(zhì)。Jiang等以BiCl3和硫代乙酰胺為原料,在室溫下于離子液介質(zhì)中合成出了大小均勻的、尺寸為3μm—5μm的Bi2S3納米花。他們認(rèn)為溶液的pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)納米花的形貌和晶相結(jié)構(gòu)有很重要的影響。他們證實(shí),這些納米花由直徑60nm—80nm的納米線構(gòu)成,隨老化時(shí)間的增加,這些納米線會(huì)從母花上坍塌,最終形成單根的納米線。趙榮祥等

23、采用硝酸鉍和硫脲為先驅(qū)原料,以離子液為反應(yīng)介質(zhì),合成了單晶Bi2S3納米棒。</p><p>　?。?）溶劑熱法是指在密閉反應(yīng)器(如高壓釜)中,通過(guò)對(duì)各種溶劑組成相應(yīng)的反應(yīng)體系加熱,使反應(yīng)體系形成一個(gè)高溫高壓的環(huán)境,從而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)納米材料的可控合成與制備的一種有效方法。Lou等采用單源前驅(qū)體Bi[S2P(OC8H17)2]3作反應(yīng)物,用溶劑熱法制得了高度均勻的正交晶系Bi2S3納米棒,且該方法適于大規(guī)模生產(chǎn)。Liu

24、等用Bi(NO3)3?5H2O、NaOH及硫的化合物為原料,甘油和水為溶劑,采用溶劑熱法在高壓釜中160℃反應(yīng)24-72 h制得了長(zhǎng)達(dá)數(shù)毫米的Bi2S3納米帶。</p><p>　　（4）微乳液制備納米粒子是近年發(fā)展起來(lái)的新興的研究領(lǐng)域,具有制得的粒子粒徑小、粒徑接近于單分散體系等優(yōu)點(diǎn)。1943年Hoar等人首次報(bào)道了將水、油、表面活性劑、助表面活性劑混合,可自發(fā)地形成一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系,體系中的分散相由80nm

25、- 800nm的球形或圓柱形顆粒組成,并將這種體系定名微乳液。自那以后,微乳理論的應(yīng)用研究得到了迅速發(fā)展。微乳法制備納米材料,由于它獨(dú)特的工藝性能和較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置,在實(shí)際應(yīng)用中受到了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。</p><p>　　2 微乳反應(yīng)器原理</p><p><b>　　2.1微乳液</b></p><p>　　微乳液是在較大量的一種或多種兩

26、親性有機(jī)物（表面活性劑和助表面活性劑）存在下，不相混溶的兩種液體自發(fā)形成的各向同性的膠體分散體系。具有熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、外觀透明或半透明和質(zhì)點(diǎn)粒徑小［（10～100）ｎｍ］等特點(diǎn)，可將類(lèi)型廣泛的物質(zhì)增溶到其中某一相，因此，可作為各種反應(yīng)的介質(zhì)。其結(jié)構(gòu)類(lèi)型可分為水包油型、油包水型和雙連續(xù)型。近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了含有離子液體或超臨界物質(zhì)的新型微乳體系。制備納米催化劑所用的微乳體系一般采用油包水型。微乳質(zhì)點(diǎn)的納米級(jí)尺寸為制備設(shè)計(jì)大小及形狀可控的

27、納米粒子提供了基本條件。微乳液中的微團(tuán)體系為動(dòng)態(tài)，質(zhì)點(diǎn)像分子一樣不停地作布朗運(yùn)動(dòng)，不同質(zhì)點(diǎn)碰撞后連接成一體，進(jìn)行物質(zhì)交換后在表面活性劑的作用下又自發(fā)重新分散，此時(shí)，微團(tuán)內(nèi)包含的反應(yīng)物相互混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。體系中的水核可以看作是一種“微反應(yīng)器”或“納米反應(yīng)器”，提供合適的環(huán)境控制微粒的成核及生長(zhǎng)，在微粒后期的生長(zhǎng)過(guò)程中，表面活性劑的存在可以有效阻止生成的納米微粒的團(tuán)聚。通常，用油包水型微乳液制備納米級(jí)微粒最直接的方法是將含有金屬前驅(qū)體（Ａ

28、）和沉淀劑（Ｂ）的兩種微乳液混合。如圖 １所示，Ａ和 Ｂ均溶于水核，通過(guò)微乳液水核的相互碰</p><p>　　圖2-1微乳法制備納米粒子機(jī)理</p><p>　　2.2微乳反應(yīng)器原理</p><p>　　在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表

29、面活性劑一般有 AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類(lèi)）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。</p><p>　　W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱(chēng)為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和

30、表面活性劑的濃度及種類(lèi)有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況。</p><p>　　2.2.1分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合</p><p>　　將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水

31、核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。如圖2-2</p><p>　　圖2-2反應(yīng)物A、B的微乳液反應(yīng)原理</p><p>　　2.2.2反應(yīng)物A的微乳液與反應(yīng)物B水溶液混合</p><p>　　一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前

32、者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過(guò)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(zhǎng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。</p><p>　　Transmission electron micrograph and size distributionof nickel nanoparticles.</p><p>　　[NiCl2]= 0.05

33、M; [N2H5OH]=1.0 M; water/CTAB/n-hexanol= 22/33/45; 73 °C</p><p>　　圖2-3鐵，鎳，鋅納米粒子的制備</p><p>　　2.2.3反應(yīng)物A的微乳液與反應(yīng)物B氣體</p><p>　　一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體（如 O2 、 NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發(fā)生

34、反應(yīng)而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團(tuán)方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時(shí)，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細(xì)Al（OH）3粒子，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)選用相應(yīng)的模式。</p><p>　　還原劑通常為N2H4.H2O，NaBH4，H2 氣體通常為NH3，H2S</p><p>　　圖2-4反應(yīng)物A的微乳液與反應(yīng)物B氣體

35、反應(yīng)原理</p><p>　　2.3微乳反應(yīng)器的形成及結(jié)構(gòu)</p><p>　　和普通乳狀液相比，盡管在分散類(lèi)型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作為納米粒子制備的反應(yīng)器。但是微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，它的形成是自發(fā)的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術(shù)要求不高，并且液滴粒度可控，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單且操作容易，所以微乳反應(yīng)器作為一種新的超細(xì)顆

36、粒的制備方法得到更多的研究和應(yīng)用。</p><p>　　2.3.1微乳液的形成機(jī)理</p><p>　　Schulman和Prince等提出瞬時(shí)負(fù)界面張力形成機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為：油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低，一般為l～10mN／m，但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑，由于產(chǎn)生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達(dá)10-3～10-5 mN／m ，甚至瞬時(shí)負(fù)界面

37、張力 Y＜ 0。但是負(fù)界面張力是不存在的，所以體系將自發(fā)擴(kuò)張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復(fù)為零或微小的正值，這種瞬時(shí)產(chǎn)生的負(fù)界面張力使體系形成了微乳液。若是發(fā)生微乳液滴的聚結(jié)，那么總的界面面積將會(huì)縮小，復(fù)又產(chǎn)生瞬時(shí)界面張力，從而對(duì)抗微乳液滴的聚結(jié)。對(duì)于多組分來(lái)講，體系的Gibbs公式可表示為：</p><p>　　--dγ=∑Гi dui=∑ГiRTdlnCi</p>

38、;<p>　?。ㄊ街笑脼橛?水界面張力，Гi為i組分在界面的吸附量，ui為I組分的化學(xué)位，Ci為i組分在體相中的濃度）</p><p>　　上式表明，如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分（Г＞0），一般中等碳鏈的醇具有這一性質(zhì)，那么體系中液滴的表面張力進(jìn)一步下降，甚至出現(xiàn)負(fù)界面張力現(xiàn)象，從而得到穩(wěn)定的微乳液。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外，它們?cè)跓o(wú)需加

39、入助表面活性劑的情況下也能形成穩(wěn)定的微乳體系，這和它們的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。</p><p>　　2.3.2微乳液的結(jié)構(gòu)</p><p>　　微乳液是由水、油、和界面活性劑等至少三成份混合所形成的系統(tǒng)，宏觀上呈均勻相。在介紹『微乳液』之前，我們須先了解『界面活性劑』的特性。界面活性劑是喜歡滯留在固-液或氣-液界面上的分子，通常具有親水頭基與疏水尾鏈，如圖一所示，所以又稱(chēng)為『雙親分子』。</

40、p><p>　　圖2-5界面活性劑基本結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　在低濃度時(shí)，溶液內(nèi)與界面上的界面活性劑分子達(dá)到熱力學(xué)平衡，如同一般溶質(zhì)；由于表面上的界面活性劑可提供表面壓力而使該液體的『表面張力』降低。當(dāng)界面活性劑濃度升高至某一狹小范圍，溶液的物理性質(zhì)，如表面張力和電導(dǎo)度等，會(huì)產(chǎn)生顯著的變更。McBain (1913)指出此一類(lèi)似相變現(xiàn)象的發(fā)生乃肇因于溶液中許多『微胞』的形成。</

41、p><p>　　目前，有關(guān)微乳體系結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究方法獲得了較大的發(fā)展，較早采用的有光散射、雙折射、電導(dǎo)法、沉降法、離心沉降和粘度測(cè)量法等；較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)熒光探針?lè)?、NMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。</p><p>　　3 微乳反應(yīng)器的應(yīng)用——納米顆粒材料的制備</p><p>　　3.1

42、納米催化材料的制備</p><p>　　利用W／O型微乳體系可以制備多相反應(yīng)催化劑，Kishida等報(bào)道了用該方法制備Rh／SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP－5/環(huán)已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑 NP－5的濃度為0.5mol/L，氯化銠在溶液中濃度為0．37mol／L，水相體積分?jǐn)?shù)為0．11。25℃時(shí)向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇鋯的環(huán)乙烷溶液，強(qiáng)烈攪拌加熱到4

43、0℃而生成淡黃色沉淀，離心分離和乙醇洗滌，80℃干燥并在500℃的灼燒3h，450℃下用氧氣還原2h，催化劑命名為“ME”。通過(guò)性能檢測(cè)，該催化劑活性遠(yuǎn)比采用浸漬法制得的高。</p><p>　　3.2聚合物納粒的制備</p><p>　　利用W／O型微乳體系可以制備丙烯酸樹(shù)脂復(fù)鞣劑。使用原料有：十二烷基硫酸鈉、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、正戊醇和過(guò)硫酸銨均為實(shí)驗(yàn)品，加

44、脂劑23和滲透劑為工業(yè)品。</p><p>　　將3單體分散在溶有計(jì)量的乳化劑、助乳化劑和引發(fā)劑的水溶液中,制得透明的微乳液,將所得的微乳液充2保護(hù),70℃反應(yīng)一定時(shí)間后,保持溫度不變,將剩余的單體連續(xù)地滴加到反應(yīng)器中,加料完畢后,繼續(xù)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表3-1：</p><p>　?、賳误w是指BA和MMA的混合物，m（BA）/m（MMA）=1.0;②x=單體質(zhì)量/20g</p>

45、<p>　　3.3金屬單質(zhì)和合金的制備</p><p>　　利用W／O型微乳體系可以制備納米CoFe2O4。以TX-10+AE09/正戊醇/環(huán)己烷/水為微乳體系，表面活性劑（TX-10與AE09以質(zhì)量比1：1配制）與正戊醇按質(zhì)量比2：1混合，并稱(chēng)去11.25g混合物置于燒瓶中，加入9.36g環(huán)己烷攪勻并置于恒溫水浴中，滴加5mL濃度為0.6mol/LFe_3+與0.3mol/LCo_2+的鹽溶液，充

46、分?jǐn)噭颉?lt;/p><p>　　在35℃時(shí)往微乳液中滴加適量的0.6mol/LNaOH溶液，充分?jǐn)嚢?.5h進(jìn)行反應(yīng)，并升溫至100℃回流到反應(yīng)完全，體系呈褐色，用離心機(jī)分離出沉淀物，然后分別用丙酮、甲醇及去離子水洗滌，反復(fù)3次，即得納米級(jí)CoFe2O4。</p><p>　　3.4無(wú)機(jī)化合物納粒的制備</p><p>　　利用W／O型微乳體系可以制備氧化銅納米粒子。

47、采用DBS-甲苯-水體系，配制好W/O型微乳液，向其中加入一定濃度的Cu溶液，在磁力攪拌下加入一定堿溶液，于80-90 ℃恒溫回流2 h后除水，用無(wú)水乙醇和蒸餾水超聲洗滌，將其高速離心分離出的沉淀物在170 ℃緩慢加熱1 h，即得超微粒子粉體。</p><p>　　3.5磁性氧化物顆粒的制備</p><p>　　利用W／O型微乳體系可以制備納米磁性Fe3O4微粒。取煤油30ml、正丁醇3m

48、l、1.0mol/1的FeSO4和1.0mol/1的Fe(NO3)3的混合溶液5ml和一定量表面活性劑(AEO3+TX10)置于圓底四口燒瓶中，通N230min并攪拌，測(cè)定其電導(dǎo)率。改變表面活性劑用量制得不同的微乳液，分別測(cè)定體系中加入不同用量的表面活性劑時(shí)各微乳液的電導(dǎo)率，選擇電導(dǎo)率較低(σ≤1)的微乳液，以保證所選定的體系為W/O，此時(shí)水溶性化合物FeSO4與Fe(NO3)3被增溶進(jìn)表面活性劑的膠束中，故體系的電導(dǎo)率很低，將該微乳液

49、記為A。</p><p>　　按上述方法制得含NaOH水溶液微乳液B。</p><p>　　將微乳液A、B按一定比例于圓底四口燒瓶?jī)?nèi)混合，接通循環(huán)水泵抽真空，維持表壓在0.075MPa，勻速攪拌，于真空條件下再適當(dāng)添加微乳液B直至體系pH＞8，此時(shí)，體系的顏色由棕紅色慢慢變成黑色。將該體系移至水浴鍋并繼續(xù)抽真空，在一定的溫度下將體系老化一段時(shí)間。用磁體將所得沉淀分離，并用乙醇和去離子水反復(fù)

50、洗滌沉淀3～4次，然后于沉淀中加少量濃度為3mol/1的NH4HCO3水溶液，攪拌均勻，用磁體將所得沉淀分離得前驅(qū)體，將該前驅(qū)體置于真空干燥箱內(nèi)于70℃干燥10h得磁性Fe3O4微粒。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　微乳液為進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)提供了一個(gè)良好且具有特殊性能的微環(huán)境該方法可以廣泛用于各種功能納米材料的制備。對(duì)這一領(lǐng)域的研究

51、引起了眾多科研工作者的極大興趣，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的報(bào)導(dǎo)也日益增多且取得了顯著進(jìn)展。但目前對(duì)該領(lǐng)域的研究還處于實(shí)驗(yàn)階段，有很多問(wèn)題尚未得到很好的解決，納米材料的形成機(jī)理、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、新的微乳體系的發(fā)現(xiàn)等還需要更深入的研究。因此，微乳法制備納米材料將是開(kāi)發(fā)新型材料和新器件的重要途徑，對(duì)它的研究極具理論研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　致 謝</b></p><

52、;p>　　在本次論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，吳生華老師對(duì)該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)中,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！</p><p&

53、gt;　　最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　肖旭賢,黃可龍等.微乳液法制備納米CoFe2O4.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2005</p><p>　　曹恒光,連大成.淺談微乳液.物理雙月刊（二十三卷四期）,2001</p

54、><p>　　楊武,李巖等.納米氧化銅粉體的制備方法.專(zhuān)利號(hào)200810018217</p><p>　　何秋星,楊華等.微乳化法制備納米磁性Fe3O4 微粒工藝條件研究.國(guó)家“十五”863高科技項(xiàng)目(2001AA218011),2002</p><p>　　邵慶輝,古國(guó)榜等.微乳化技術(shù)在納米材料制備中的應(yīng)用研究.化工新型材料（二十九卷七期）,2001</p>