纳米Cu分散稳定性能影响因素及作用机理研究

鉴于粉体分散对纳米流体强化传热具有重要意义,通过测定纳米Cu-水悬浮液的Zeta电位和吸光度,探讨了不同pH值、不同分散剂种类及质量分数对纳米Cu-水悬浮液分散稳定性的影响,并分析其作用机理。结果表明:Zeta电位绝对值与吸光度有良好的对应关系,Zeta电位绝对值越高,吸光度越大,则体系分散稳定性越好;pH值、分散剂种类及加入量是影响纳米Cu-水悬浮液分散稳定性的主要因素。pH值为9.5左右时,体系Zeta电位绝对值和吸光度较高,相应分散稳定性较好。CTAB和SDBS能显著提高水溶液中Cu表面Zeta电位绝对值,增大了颗粒间静电排斥力,改善了悬浮液稳定性,而TX-10通过空间位阻在颗粒表面形成良好的水化膜,提高了Cu在水溶液中的分散稳定性。在质量分数为0.1%的纳米Cu-水悬浮液中,TX-10,CTAB,SDBS 3种分散剂加入质量分数分别为0.43%,0.05%,0.07%时,均能得到分散稳定的悬浮液体系。     

纳米SiO2分散稳定性能影响因素及作用机理研究

通过测定纳米SiO2水悬浮液的Zeta电位和吸光度,探讨了不同pH值、不同表面活性剂种类及浓度对纳米SiO2水相体系分散稳定性的影响,并分析其作用机理.结果表明:Zeta电位与吸光度有良好的对应关系,Zeta电位绝对值越高,吸光度越大,则体系分散稳定越好;pH值、表面活性剂种类及加入量是影响纳米SiO2水相体系分散稳定性的主要因素.pH为9～11之间时,体系Zeta电位绝对值较高,相应分散稳定性较好;非离子、阳离子和阴离子型表面活性剂随浓度变化均可改变体系Zeta电位,从而影响其分散稳定;加入适宜用量3种类型表面活性剂能得到分散稳定的悬浮液体系;若加入阴/非离子表面活性剂复配物,则能进一步提高和改善体系的分散稳定性能.     

氧化铝粉体在水悬浮液中的分散特性研究

采用Zeta电位表征Al_2O_3粉在悬浮液中的分散特性,研究了超声波分散时间、不同粒度Al_2O_3粉以及分散剂六偏磷酸钠的浓度和Al_2O_3粉体悬浮液pH值对Al_2O_3粉体Zeta电位的影响.研究结果表明:Zeta电位绝对值随超声波作用时间发生明显变化,在一定条件下存在一个最佳分散时间为4～6 min;悬浮液中Al_2O_3粉体颗粒的粒度对悬浮液的Zeta电位有重要影响;在Al_2O_3粉体悬浮液中添加分散剂六偏磷酸钠,Zeta电位随其浓度发生变化,存在一个最佳浓度0.5%;在不同pH值下,Al_2O_3粉体悬浮液的Zeta电位不同,在碱性条件下,粉体的分散性较好,且碱性越强,分散性越好.     

复配分散剂对ZrO2悬浮液稳定性的影响

本实验选用由乳化剂OP(壬基酚聚氧乙烯醚)与CPB(溴代十六烷基吡啶)所组成的复配分散剂对纳米ZrO2 进行分散,制备ZrO2 悬浮液,并讨论了复配分散剂两组分用量比、pH值、悬浮液中的离子强度等对悬浮液稳定性的影响.结果表明:加入复配分散剂得到的ZrO2 悬浮液,具有更好的分散稳定性;当OP与CPB用量比为1∶ 1,复配分散剂用量为ZrO2 含量的6%时,能使ZrO2 粉末具有良好的分散,在pH=1.8时,悬浮液颗粒粒径最小,中位粒径达到178 nm.实验中还发现,添加复配分散剂后悬浮液等电点由原来的pH= 6右移到pH=13附近,另外,增加悬浮液中的离子强度,使Zeta电位值降低,粒径增大,但离子强度大小并不会影响ZrO2 的等电点,其等电点仍保持在13左右.     

纳米石墨在极性介质中的分散行为

添加适当的分散剂,考察纳米石墨在极性介质中的分散稳定性。通过粒径大小,Zeta电位以及吸光度等测试,分析分散剂及pH值对纳米石墨的分散稳定性效果的影响。结果表明,在pH值为10~11时,体系的Zeta电位绝对值最大,此时体系最稳定。羟甲基纤维素钠作为分散剂的分散效果最好。     

纳米氧化锆在水中分散性研究

鉴于粉体分散对无机膜制备具有重要意义,研究了添加不同分散剂及其加入量对纳米氧化锆粉在水中的分散性,以及分散性与溶液pH值的关系。结果表明:悬浮液的分散性能受到分散剂及其加入量和pH值的影响,不同的分散剂在各自的加入范围内有其最佳加入量。通过对粒径和zeta电位分析,考察含分散剂时pH值对纳米氧化锆粉的分散性能,从中优选最佳pH值的范围。     

利用多重光散射法对纳米TiO2水分散体系稳定性研究

通过多重光散射法研究了纳米TiO2水分散体系稳定性的影响因素。文章探讨了分散剂类型、pH和NaCl质量浓度对水分散体系稳定性的影响规律以及分散剂对纳米TiO2颗粒在水分散液中粒径变化、沉降的微观作用特性。结果表明：纳米TiO2颗粒的粒径在100～200 nm时易相互吸附团聚沉降,分散剂会在纳米TiO2颗粒表面吸附形成双电层,产生更大Zeta电位负值,增强颗粒间的排斥作用,减缓粒径增长和发生沉降的作用,从而提升分散液稳定性;纳米TiO2颗粒的较佳分散条件为：w(六偏磷酸钠)=0.05%,pH=9～10且不加电解质NaCl;多重光散射法与传统的吸光度测试实验所得结果基本相符。     

分散剂对纳米TiO2悬浮液稳定性的影响

选择不同的有机物为分散剂分别对纳米TiO2粒子进行了表面改性。通过采用重力沉降法、Zeta电位法等表征了其分散效果,研究了纳米TiO2悬浮液在不同PH值下的分散行为。结果表明:纤维素能使纳米TiO2悬浮稳定性明显提高。在纳米TiO2悬浮液中,纳米TiO2粉体表面的Zeta电位同水溶液的平衡PH有很大关系。提高颗粒表面电位(Zeta电位)是改善粉体分散体系稳定性的有效途径。     

分散剂对有机蒙脱土悬浮液分散稳定性的影响

研究通过重力沉降法、Zeta电位分析法以及粘度分析,研究了二癸基二甲基氯化铵(DDAC)以及不同复配分散剂对有机蒙脱土在水溶液中的分散行为,以及pH值对有机蒙脱土分散稳定性的影响。结果表明:有机蒙脱土悬浮液的分散稳定性随着DDAC浓度的增加呈现先增后减的趋势;不同高分子分散剂与DDAC复配后,降低了悬浮液的Zeta电位,但却提高了体系的空间位阻效应,当悬浮液体系的pH值为8～11范围内时,体系的稳定性提高。     

纳米铁酸锌的分散

研究了阴离子型、阳离子型和非离子型的表面活性剂对纳米铁酸锌在水中分散的稳定性的影响,探讨了不同种类分散剂用量、纳米铁酸锌浓度、超声波分散时间及pH对纳米铁酸锌水分散体系的影响。结果表明,最佳分散剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠,最佳分散工艺条件为:分散剂用量为0.3%,pH为3～5,超声波分散时间为15 min。     

苄基接枝海藻酸衍生物对TiO2纳米粒分散稳定性的影响

以溴化苄为疏水改性剂,采用双分子亲核取代反应(SN2)制得苄基接枝海藻酸衍生物(BAD)。通过动态光散射技术,考察了在不同p H和离子强度下BAD对Ti O_2纳米粒水悬浮液分散稳定性的影响。并采用红外光谱和扫描电镜对BAD/Ti O_2纳米粒复合物的官能团和表面形貌进行了测试。结果表明,通过SN2反应成功地合成了具有胶体性能的BAD。BAD胶束的平均水动力学粒径(dH)大小为423.4 nm,Zeta电位值为-27.4 m V,表现出较好的胶体性能。在不同p H下,BAD的吸附可提高Ti O_2纳米粒的带电性,使其Zeta电位均低于-30 m V,而且其dH相比单一的Ti O_2纳米粒显著减小。在不同离子强度下,BAD可明显削弱反离子对Ti O_2纳米粒静电屏蔽作用的影响,使Ti O_2纳米粒的团聚行为大大降低,dH显著减小。BAD分子链不仅能够提高Ti O_2颗粒间的静电斥力,而且还能提供有效的空间位阻,提高Ti O_2纳米粒在不同p H和离子强度下的分散稳定性。红外和扫描电镜分析结果表明,BAD和Ti O_2纳米粒主要通过氢键作用来实现BAD在Ti O_2纳米颗粒上的吸附,从而提高Ti O_2纳米颗粒间的空间位阻作用使其稳定分散。     

MgO超细颗粒水分散体系的稳定性研究

研究了影响MgO颗粒在水介质中的分散稳定性的因素,并通过降沉实验和测定颗粒的Zeta电势、颗粒粒度以及分散剂在颗粒/水界面的吸附等温线等来解释相关机理。研究发现,阴离子表面活性剂SDS和阳离子表面活性剂CTAB能够吸附在颗粒/水界面,提高颗粒表面的Zeta电势,增加颗粒间静电排斥效应,从而阻碍颗粒间发生絮凝,提高体系的分散稳定性。而阳离子高分子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)在颗粒表面形成多点吸附,从而阻碍其它PEI分子在颗粒表面的吸附,对MgO微粒分散体系的稳定性贡献较小。     

加压碳化体系对纳米碳酸钙粒度和分散性的影响

利用加压碳化体系制备粒径均一、高分散性纳米碳酸钙材料。考察氢氧化钙浓度、表面活性剂添加量、反应温度、CO2压力对制备纳米CaCO3粒子尺寸和分散程度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制备的纳米碳酸钙粒子进行表征。结果表明,最优加压碳化反应条件是Ca(OH)2质量浓度为2%、表面活性剂添加量为3%(占碳酸钙理论产量的百分比)、反应温度为40℃、CO2压力为6 MPa,所得立方形碳酸钙平均粒径为117 nm,晶型为方解石型碳酸钙。碳化反应加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)使CaCO3表面形成的正电荷增大至+37.7 mV并高于标准值30 mV,表明制备的CaCO3产品具有良好的分散性且稳定。通过FT-IR和Zeta电位对CTAB改性前后CaCO3纳米粒子进行表征,探讨了CTAB对合成纳米CaCO3分散性的影响机理,为纳米碳酸钙制备提供了一种新的方法。     

海藻酸辛酰胺的制备及其协同氨基SiO2纳米粒稳定液体石蜡/水乳液的研究

以辛胺为疏水改性剂,采用酰化法制得具有两亲性的海藻酸辛酰胺(ACA)。将ACA与采用修正Stber法制备的氨基二氧化硅(SiO_2-NH_2)纳米粒混合,在超声的作用下制得O/W型Pickering乳液。通过FT-IR,~1H NMR和荧光光谱对ACA的结构和性能进行表征。并采用激光粒度和Zeta电位分析仪、接触角测量仪和光学显微镜探究了ACA,SiO_2-NH_2及其协同水分散体系的胶体性能和相应的Pickering乳液的形貌。结果表明:ACA的取代度为0.29,在0.15 mol/L Na Cl水溶液中的临界聚集浓度(cac)为0.42 g/L,表现出较强的两亲性能。ACA通过静电作用力成功地吸附于SiO_2-NH_2纳米粒上,使水动力学粒径只有155 nm的SiO_2-NH_2纳米粒增长至386 nm,Zeta电位由+22.2 mV转变为-30.7 mV,在水溶液中能够表现出良好的稳定性。吸附于SiO_2-NH_2纳米粒表面的ACA可以抑制无机纳米粒的聚沉,而游离的ACA形成的胶束结构的疏水内腔能够增溶油滴,减少小油滴的聚并。光学显微镜中出现了粒径较大的Pickering乳液液滴和粒径较小的传统乳液液滴共存的现象,当ACA质量浓度在0.5 cac~1.0 cac时,2种乳液共存现象最为显著。     

高固含量聚硅酸钾基防火凝胶及其在复合防火玻璃中的应用

通过蒸发浓缩的方法制备了高固含量硅溶胶分散液,采用纳米粒度及Zeta电位分析仪研究了蒸发浓缩前后分散液中无机粒子粒径和Zeta电位的变化。进而,以高固含量硅溶胶分散液为原料,氢氧化钾溶液为固化剂,制备了高固含量聚硅酸钾基防火凝胶和复合防火玻璃,采用小型耐火试验炉、热重分析、扫描电子显微镜、红外光谱等测试手段,研究了复合防火玻璃的耐火性能及防火凝胶的热稳定性和耐火机理。结果表明:蒸发浓缩的方法对纳米粒子的粒径和分散稳定性几乎没有影响;分散液固含量的提高能够极大地提升复合防火玻璃的耐火隔热性,并一定程度上提升防火凝胶的热稳定性。     

Electrostatic and electrosteric stabilization of aqueous suspensions of barite nanoparticles

Electrostatic and electrosteric stabilization of aqueous suspensions of barite nanoparticles were investigated. The state of dispersion was evaluated in terms of zeta potential, apparent viscosity and the mean particle size of solid phase in the solution. Zeta potential, apparent viscosity and the mean particle size as a function of pH were performed in absence of dispersant. The result showed that electrostatic stabilization of the aqueous suspension of barite nanoparticles can be accomplished in low acidic and high basic range of pH. In presence of sodium polyacrylate (PAA-Na) dispersant, the isoelectric point (IEP) of the barite nanoparticles was shifted to lower pH and the negative zeta potential was increased in a large range of pH above the (IEP). The optimum amount of PAA-Na dispersant is discussed in the light of zeta potential and viscosity. It is found that the adsorption of PAA is correlated to the net surface charge of the barite nanoparticles and the fraction of dissociated polymer at pH 4, 8.5 and 10. At pH 4, the state of dispersion was achieved at higher amount of electrolyte due to the low fraction of negatively charged dissociated polymer and the positively charge particles. At basic pH, the fraction of dissociated polymer was high and the surface charge of particle was highly negative, therefore, the lowest viscosity was obtained at a small amount of PAA. In addition, the optimum amount of polymer decreased with the increase in pH of the suspension.     

Optimizing the dispersion of calcium phosphate nanoparticles for cellular studies using statistical design of experiments

The in vitro experimentation of ceramic nanoparticles often requires their dispersion in liquid media without causing particle clumps or deteriorating sample integrity. However, the dispersion of nanoparticles using the available protocols rarely leads to stable and uniform dispersions which, in turn, raises concerns about the validity, repeatability and comparability of the findings observed in vitro. Moreover, the ability to control the final dispersion quality of ceramic nanoparticles is an essential step to obtaining optimized nanoceramic materials with desired functionality and to enhancing their performance in subsequent applications. While the need to have a comprehensive guideline for the dispersion of nanoparticles has led to several published documents and protocols, the dispersion methodology of ceramic nanoparticles and the relative contribution of the experimental parameters to the quality of resulting dispersion are still not clear. Here, we employed the statistical design of experiment (DoE) approach to systematically assess the magnitude and source of variation in dispersion quality of two different ceramic nanoparticles, hydroxyapatite and tricalcium phosphate. Using the first-order Plackett-Burman Design (PBD), nanoparticle concentration, pH and the presence of an additive were identified as the most critical factors influencing the resulting hydrodynamic size and zeta potential of the ceramic nanoparticles. Optimization using a second-order Central Composite Design (CCD) yielded a set of quadratic regression equations that were used to predict the hydrodynamic size or zeta potential of ceramic nanoparticles with high accuracy (R², 0.88–0.92). The results of PBD screening and CCD optimization experiments were employed to prepare nanoparticle dispersions of different quality, which were then used to compare the effect of aggregation on the viability of human osteosarcoma (SaOS-2) cells. Overall, the results of this study provided insight into the role that various experimental parameters play in the colloidal stability and dispersion of ceramic nanoparticles.