微乳液在無機(jī)材料制備中的應(yīng)用

陳宗能

摘 要：微乳液是在由于乳化劑的作用使得水相和油相形成微粒的情況下形成的，微粒分散于溶劑之中并處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的溶液系統(tǒng)即為乳化液。這種特殊的構(gòu)造使得其具有廣泛的用途，在無機(jī)材料的制備中，微乳液的作用尤其的重要。本文介紹了微乳液形成和其特殊的結(jié)構(gòu)，闡述了其在無機(jī)材料制備中的作用。

關(guān)鍵詞：微乳液；無機(jī)材料；制備；應(yīng)用

0 引言

表面活性劑是由親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)構(gòu)成的化學(xué)試劑，因此既可以親水又可以親油，正是這種雙親性使其具有特殊的利用價(jià)值，可以幫助兩種互不相容的液體融合，是一種液體以液滴的形式分散在另一種無不相容的液體中，微乳液就是這樣形成的[1]。微乳液是由兩種互不相容的水相和油相在表面活性劑的作用下形成透明或半透明的粒子，分散于溶劑之中而形成的液體混合物。這種混合物具有具有低粘度和各向同性的特性，它將連續(xù)介質(zhì)分散成粒度細(xì)小、大小均一細(xì)小空間，且這種空間可以穩(wěn)定保持幾個(gè)月。根據(jù)乳液中顆粒的不同可將分為水包油、油包水和雙連續(xù)相三種類型。微乳液應(yīng)用于各行各業(yè)，不論是在輕工業(yè)還是重工業(yè)上都有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，尤其是在化學(xué)工業(yè)之中尤為重要，在制備各種無機(jī)材料之中也有著有著廣闊的用途。

1 微乳液的制備及結(jié)構(gòu)

微乳液是由表面活性劑調(diào)和水相和油相使得形成的微粒在溶液中分散穩(wěn)定存在而形成的特殊溶液，微乳液主要靠體系中各種成分的比例及其分配情況來形成并保持穩(wěn)定[2]。表面活性劑的結(jié)構(gòu)主要是由親水基團(tuán)和親油基團(tuán)構(gòu)成，因而既可以結(jié)合水相也可以結(jié)合油相轉(zhuǎn)變?yōu)槿橐盒☆w粒。分子中親水親油基團(tuán)用親水親油平衡值HLB衡量，HLB指隨著親水性的增大而增大，隨著親油性的增大而減小。表面活性劑非極性基團(tuán)較多，親油性較強(qiáng)，則會(huì)形成油包水性乳液，這時(shí)需要表面活性劑的HLB值處于3.5～6之間；相反對(duì)于極性基團(tuán)較多的情況下，親水性會(huì)較強(qiáng)，則會(huì)形成水包油的乳液，這時(shí)需要表面活性劑的HLB值處于8～18之間[2]。表面活性劑根據(jù)其分子的種類可劃分為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑等等，一般來說可以加入短鏈醇來調(diào)節(jié)表面活性劑的極性，及改變其HLB值時(shí)期在O/L界面上能有更大的吸附力，因此也成為助表面活性劑，此外，還能增強(qiáng)表面膜界面的流動(dòng)性，使界面更容易彎曲，有助于微乳液的形成。

2 微乳液的應(yīng)用

2.1 制備無機(jī)納米顆粒

當(dāng)構(gòu)成物質(zhì)的顆?？s小至納米級(jí)別時(shí)，物質(zhì)材料的特性會(huì)發(fā)生變化，由于表面能、表面結(jié)合能、表面原子數(shù)量等等物理化學(xué)參數(shù)變化進(jìn)而導(dǎo)致新材料與傳統(tǒng)材料相比具有很好地光電磁性能，就能產(chǎn)生特性優(yōu)良的納米材料，有著許多新的用途。微乳液則用于納米材料的制備，利用表面活性劑和高分子聚合物可形成油包水的微乳液，這種微乳液的水相空間很小，可以作為制備納米材料的良好的微型反應(yīng)器來控制生成物的大小與形態(tài)。制備納米材料的反應(yīng)機(jī)理是：含有反應(yīng)物A的水核和反應(yīng)物B的水核在一起發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行物質(zhì)交換或者相互融合形成晶核，之后粒子逐漸成長就形成了納米顆粒產(chǎn)物。油包水的微乳液因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和溶液中特有的聚合方式，所以能制備出顆粒尺寸小、分布均勻的納米材料，這種納米材料在化學(xué)領(lǐng)域有著很好的利用價(jià)值，可以用來催化化學(xué)反應(yīng)，例如：加氫、異構(gòu)化反應(yīng)等等。同時(shí)，這種納米材料的應(yīng)用在某些燃燒的化學(xué)反應(yīng)、氧化還原的化學(xué)反應(yīng)以及電化學(xué)和光化學(xué)催化方面也具有巨大的潛力。

2.2 制備多孔無機(jī)材料

表面活性劑的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特有的凝聚形式除了可以用于制備納米材料以外，還能夠以此為模板引導(dǎo)所要制備的材料的結(jié)構(gòu)，通過與無機(jī)物種相互作用來制備介孔分子篩材料。介孔分子篩由于多孔結(jié)構(gòu)具有較大的表面積，且孔徑為納米尺度且可用溶脹劑的用量進(jìn)行調(diào)變，其分離吸附作用在分析化學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，例外對(duì)于某些化學(xué)反應(yīng)來說其多孔的結(jié)構(gòu)也可以起到很好地催化作用。它制備的第一步就是形成微乳液浸提模板，表面活性劑的用量不同形成的新材料的結(jié)構(gòu)也不同，隨著表面活性劑使用量的增多，膠束可以有六方液晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎缴踔翆訝钜壕ЫY(jié)構(gòu)?？梢岳梅菢O性有機(jī)物在表面活性劑的膠束中和水分子的排斥作用來擴(kuò)張膠束體積，形成增溶現(xiàn)象。無機(jī)材料進(jìn)入水油界面進(jìn)行反應(yīng)，利用已形成的微乳液晶模板，形成結(jié)構(gòu)有序的表面包裹無機(jī)物的膠束，出去表面活性劑之后就形成了多孔的無機(jī)材料，即介孔分子篩。與制備納米材料相反，制備多孔材料利用是無機(jī)物在水包油的微乳液液滴表面的沉積，剔除油相和乳化劑進(jìn)而就形成了空心結(jié)構(gòu)的無機(jī)球形顆粒，其大小與微乳液中表面活性劑的使用量有密切聯(lián)系。乳液液滴變大時(shí)會(huì)不穩(wěn)定，它會(huì)從混合相中沉積下來排列成陣，以此為模板則會(huì)形成排列整齊的大孔無機(jī)材料。

2.3 制備無機(jī)復(fù)合材料

使用前面沒有分離的納米顆粒和反應(yīng)體系，在進(jìn)一步添加其他反應(yīng)物就可以形成核-殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的，物質(zhì)顆粒在納米尺度的產(chǎn)物。例如可應(yīng)用于非線性光學(xué)方面的（Ag、Cu、CdS）/SiO2二元合金分散符合薄膜材料，或是具有超順磁性的鐵銅合金納米顆粒等等。微乳液還可以用來制備負(fù)載的金屬氧化物或者是雙金屬納米顆粒等高效催化劑。

3 結(jié)束語

微乳液在無機(jī)材料制備，例如：無機(jī)納米顆粒、多孔無機(jī)材料、無機(jī)復(fù)合材料中有著很大的作用，但是對(duì)于該方法的研究還處于初期實(shí)驗(yàn)室階段，并沒有投入大規(guī)模的生產(chǎn)與應(yīng)用。對(duì)于微乳液在無機(jī)材料制備中的作用機(jī)理、生成的無機(jī)材料的影響、以及微乳液的制備仍需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。在這個(gè)過程中，進(jìn)一步地對(duì)制備微乳液的合適的乳化劑進(jìn)行探索，尋找適合制備無機(jī)材料的微乳液的方法，對(duì)于推廣微乳液方法制備無機(jī)材料在生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中進(jìn)行應(yīng)用具有重要意義，有著廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

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