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从性能价格比看,任何一种重要的新产品能成功地走向市场的关键因素是其性能与价格。一种新技术要取代已受保护的技术和支持该技术的基础结构,必须要么是价格不变性能大大提高,要么是性能不变而大幅降价。表面纳米功能结构涂层就具备这种性能和价格保持平衡的潜在优势,其市场潜力是巨大的。
2 纳米粒子表面改性的机理
纳米粒子的表面改性即纳米粒子表面与表面改性剂发生作用,改善纳米粒子表面的可润湿性,增强纳米粒子在介质中的界面相容性,使纳米粒子容易在有机化合物或水中分散。表面改性剂分子结构必须具有易与纳米粒子的表面产生作用的特征基团,这种特征基团可以通过表面改性剂的分子结构设计而获得。根据纳米粒子与改性剂表面发生作用的方式,改性的机理可分为包覆改性、偶联改性等。
2.1 纳米粒子表面包覆改性
包覆法是用无机化合物或者有机化合物(水溶性或油溶性高分子化合物及脂肪酸皂等)对纳米粒子表面进行包覆,对纳米粒子的团聚起到减弱或屏蔽,而且由于包覆物而产生了空间位阻斥力,使粒子再团聚十分困难,从而达到改性的目的。包覆的机理可以是吸附、附着、简单化学反应或者沉积现象的包膜等。在制备纳米TiO2时,引入羟丙基纤维素改性剂,改性剂大分子吸附在TiO2颗粒上起到了空间位阻作用,有效的阻止了颗粒进一步聚集长大,改善了TiO2水合粒子的分散性和均匀性。与此同时,粒子表面吸附了这些大分子,将粒子之间的非架桥羰基和吸附水彻底“遮蔽”以降低其表面张力,使之不易发生聚集。在制备纳米金属氧化物时,加入PVA(聚乙烯醇),PVA中包含大量的自由的强极性羟基基团,在水溶液中这些基团与金属离子之间形成螯合键,紧密包覆在金属离子周围,形成一个有PVA链限制形状的有限结构,使合成的纳米粒子的大小被限制,从而达到改性的目的。在制备纳米银粒子时,加入聚乙烯吡咯烷酮,聚乙烯吡咯烷酮分子通过N和O原子与纳米银粒子的表面原子配位,留下C—H长链伸向四周,阻止纳米银粒子之间的相互团聚,制备了分散性好,粒径分布均匀,平均粒径为25nm的银粉。