微乳液中银纳米粒子的生长动力学

AbstractMany methods have been developed during lastfew years preparesilver nanomaterials, whichmicroemulsions mostimportant methods. optionalsurfactants, sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate (AOT) sodiumdodecyl sulfate (SDS) surfactantsmost commonly used formwater-in-oil microemulsions. resultantparticles microemulsionsformed SDShave high stability, small particle size, goodmonodispersity. finalnanoparticles dropletsize newmethod studygrowth kinetics Agnanoparticles. Ag nanoparticles were prepared microemulsion systems growthrate nanoparticleswere determined newmethod. mainresults newmethod growthkinetics newmethod studygrowth kinetics AgNano particles presented. methodintroduced MIEtheory sizedetermination Agnanoparticles. Agnanoparticles variousgrowth time can “standardcurve which“water pool” size can Agnanoparticles size approximately, which can controllingmol ratio Growthkinetic study Agnanoparticles microemulsionAg nanoparticles were prepared microemulsionsystems easilyseen extinctionspectrum changes dramatically timebecause criticalradius. reactionkinetic data silvernanoparticles microemulsionsystems rateconstants calculated.Effects molratio O]/[surfactant])were studied bothmicroemulsion systems resultswere shown reactionrate increases increasingtemperature. Meanwhile, molarratio silvernanoparticles were also investigated AOTmicroemulsion systems, experimentalresults showed sizeincreases increasingω.Comparison differenteffect differentmedium growthkinetics has done. Key words：silver nanoparticles, SDS, AOT, microemulsions, mol ratio surfactant(ω),temperature, growth kinetics 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。

2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4、本论文中除引文和致谢的内容外微乳液增溶性能英文名，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 研究生签名： 学位论文使用授权声明本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 研究生签名： 第一章绪论 第一章绪论 1.1 微乳液 微乳液是由水、表面活性剂(和助表面活性剂)、非极性溶剂(简称油)在适 当配比的条件下自发形成的热力学稳定、光学透明、宏观均一的单分散体系，半 径非常小，约为10～100nm，液滴被表面活性和醇的混合膜所稳定。微乳液的结 构取决于表面活性剂的种类和体系的组分组成，一般认为是液滴型(球形)结构， 表面活性剂分子覆盖在液滴的油-水界面上，形成单层覆盖的小水滴(droplet)或小 油滴。

形成小水滴的一般被称为W/O型微乳液(又称反胶束)，反之则被称为O/W 型微乳液。 1.1.1 表面活性剂 表面活性剂 是一种能大大降低溶剂（一般为水）表面张力（或液-液界面张力）、改变体系的表面状态从而产生润湿和反湿润、乳化和破乳、分散和凝聚、 起泡和消泡以及增溶等一系列作用的化学药品。 表面活性剂是形成微乳液的主要组分之一，其类型和性质对微乳液的影响 很大。不同类型的表面活性剂形成的微乳液界面性质不同。 1.1.1.1 表面活性剂的特点 不论何种类型的表面活性剂，都是由性质不同的两部分组成:一部分是由疏 水亲油的碳氢链组成的非极性基团（也称憎水基），另一部分是由亲水疏油的极 性基团组成（也称憎油基）。这两部分分别处于表面活性剂的分子的两端，为不 对称的分子结构(如图1-1)。因此表面活性剂是一种既亲油又亲水的两亲分子。 第一章 绪论 阴离子表面活性剂阳离子表面活性剂 图1-1 两亲分子示意图 表面活性剂的一个显著特点 [1-5] 是使溶液的表面张力显著降低，这是由于它 在溶液表面的吸附作用而产生的。影响界面张力的主要因素有两个 :一是两相之间极性差异微乳液增溶性能英文名，差异越大，界面张力越大，通常体系中加入助表面活性剂(一般 为醇)来调节两相极性差异；二是表面活性剂在两相界面上吸附量，即表面活性 剂在两相中分配，分配系数越接近于1，界面张力越低。

当亲油基为直链时，表 面活性随碳原子数的增加而增加。它的另一个特点是能形成胶团，当表面吸附达 到饱和后，其浓度继续增加时，水溶液中的表面活性剂分子就聚集在一起取名，排列 成憎水基朝里而亲水基朝外的胶束。表面活性剂的存在能够使有机物的溶解度显 著增加，这就是表面活性剂的增溶作用，它与胶束的形成有密切关系，在达到临 界胶束浓度(CMC)以前没有增溶作用，在达到CMC 以后增溶作用才明显。表面 活性剂的使用浓度都是高于其临界胶束浓度的。因此CMC 值越低说明表面活性 越高 表面活性剂分子结构特点是两亲分子，但并不是所有两亲分子都是表面活性剂，只有亲油部分有足够长的两亲物质才是表面活性剂。碳原子数少的化合物 如丁酸钠虽然有两亲基团，但不起肥皂作用，不能称之为表面活性剂。 1.1.1.2 表面活性剂的分类 表面活性剂的分类方法有以下几种:按表面活性剂在水溶液中能否解离及 解离后所带电荷类型分为非离子型、阴离子型、阳离子型和***型等;按表面活 性剂在水和油中的溶解度可分为水溶性和油溶性表面活性剂；按分子量分类，可 第一章 绪论 者称为中分子量表面活性剂，分子量在10 者称为低分子量表面活性剂。此外，也有按表面活性剂的功能分类的。

在这些分类方法中常用的是按表面活性剂在水溶液中能否解 离及解离后所带电荷类型分类的。 1.阴离子表面活性剂 阴离子表面活性剂是具有阴离子亲水性基团的表面活性剂。阴离子表面活 性剂按亲水基结构可分为:烷基磺酸盐类、硫酸酯盐、羧酸盐、磷酸酯盐类 [3][9][10] 2.阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂主要有高级脂肪胺、季铵盐型两种类型。 3.***离子型表面活性剂 ***离子型表面活性剂是在同一分子中既具有阴离子亲水基又具有阳离子 亲水基的表面活性剂。其最大的特征在于它既能给出质子又能接受质子。 4.非离子型表面活性剂 非离子型表面活性剂在水溶液中不电离，其亲水基主要是由一定数量的含 氧基团(一般为醚基和羟基)构成，如:聚氧乙烯型、脂肪酸多元醇酯等。 5.高分子表面活性剂 高分子表面活性剂通常指分子量大于1000，具有表面活性的物质。此类可 大致上分为天然的和人工合成的。 6.特种表面活性剂 特种表面活性剂是指含有氟、硅、磷和硼等元素的表面活性剂，具有一些 比较特殊的性质。 7.本实验所用的表面活性剂SDS和AOT SDS，学名：十二烷基硫酸钠，英文名：sodium dodecyl sulfate，分子式为 CH 11SO Na微乳液增溶性能英文名，分子量：288.38，白色粉末固体，有ciji气味，易溶于水，属于阴离子型表面活性剂。

其分子结构如图1-2。 CH 图1-2单尾结构的SDS 表面活性剂 AOT，又称气溶胶OT，学名:丁二酸双(2-乙基己基)酯磺酸钠，英文名 第一章 绪论 称:bis(2-ethylhexyl)sodiumsulfosuccinate，分子式:C 20 37NaO S，分子量:444.55，是一种白色胶状固体，属于阴离子型表面活性剂。其分子结构和形状如图1-3和 图1-4所示。 图1-3 AOT的分子形状及形成胶束 图1-4 双尾结构的AOT表面活性剂 1.1.1.3 表面活性剂的用途 表面活性剂吸附于液体表面或两相界面上，能显著改变表面或界面的性质， 所以其在洗涤、纺织、化妆品、食品、农药、制药、制革、塑料、橡胶、涂料、 石油、冶金、采矿、机械、建筑、造船、航空、造纸等各个领域中得到广泛应用， 被喻为工业味精。 1.2 微乳液 1.2.1 微乳液的形成机理 对于微乳液的形成机理，现行的较常用的理论有两种:一种是以Schulman 和Prince为主的“微小粒子的乳状液”的观点，也就是混合膜理论 [11] 。另一种是 以Winsor, Shinoda, Friberg等为主的“肿胀胶团”假设，即增溶理论 [12] 1.混合膜理论Schulman和Prince等从分散相颗粒小(1的体系为W/O型微乳 液，当R=1，理论上油、水、表面活性剂达到最大互溶度，并对应于平的界面。

实际上由于受热波动影响的不同，O/W和W/O型结构之间的转化，可以通过R 1的双连续结构进行(S (W/O))，亦可通过R=1的层状液晶结构进行(S 因此，微乳液的结构和稳定性与界面弯曲程度——内聚能紧密相关。6.微乳液形成的热力学 长期以来，许多研究者 [19,22-30] 从热力学自由能变化的角度来解决微乳液的 形成和稳定性问题，提出了一系列热力学模型。 Ruckenstein [31] 等提出微乳液的自由能包括三部分: 其中，G 为界面能，包括形成不带电界面所导致的自由能增加(正值)和形成双电层导致的自由能减少(负值)两部分。 为液滴间的相互作用能，其中范德华引力和双电层的排斥力分别产生正的和负的贡献; 为微乳液液滴分散在连续相中导致的熵增加对自由能的贡献。这三部分的总和G 可表示为微乳液液滴大小的函数。微乳液自发形成的条件为G