通過向納米材料前驅(qū)物中加入表面活性劑可以降低表面張力,減少表面能,從而降低分散體系中固體或液體粒子的聚集程度,保持分散體系相對穩(wěn)定,有效地對納米粒子的大小和形貌進(jìn)行調(diào)控。
加入表面活性劑可以在氧化鋅前驅(qū)體表面可起到空間位阻作用,減少粒子間直接接觸,避免因氫鍵或范德華力的作用而導(dǎo)致團(tuán)聚。在前驅(qū)物生成階段,表面活性劑吸附在前驅(qū)物微粉的表面,使顆粒之間不易發(fā)生團(tuán)聚。真空干燥時,表面活性劑分子在顆粒表面形成單分子膜,降低了溶劑與空氣的接觸面,表面張力急劇下降,微粒間不易靠近而降低微粉團(tuán)聚程度。此外,表面活性劑的靜電效應(yīng)也可以在一定程度上降低微粉的團(tuán)聚程度。
以硫酸鋅和碳酸氫銨為原料,在反應(yīng)前加入聚乙二醇(PEG),可得到無團(tuán)聚的堿式碳酸鋅前驅(qū)體;或通過在固相反應(yīng)過程中加入表面活性劑PEG,可以制備出粒徑更小、分散性更好的納米氧化鋅;若用可以形成液晶的復(fù)合非離子型表面活性劑作為分子模板,通過超聲溶膠法控制,則可制備出平行束狀納米ZnO晶須,其等效平均粒徑為50nm。
以Zn(NO3)2?6H2O、Na2CO3-NaHCO3為原料,陰離子表面活性劑為乳化劑,有機(jī)溶劑為分散劑,乳化法制備前驅(qū)物,熱分解后得到的納米ZnO為標(biāo)準(zhǔn)六方晶系,其平均粒徑13.5nm;若用聚乙烯砒咯烷酮(PVP)作為表面修飾劑, 可以合成出粒度分布窄、平均粒度為4.0nm的氧化鋅納米微粒。
利用不同分子量的非離子型聚合物PEG作為大分子表面活性劑,在特定的膠束濃度范圍和介質(zhì)體系中形成超分子模板,即“微反應(yīng)器”,可以制備出具有球形、針棒狀納米氧化鋅和均勻分散的六角形、片狀、螺旋棒狀的氧化鋅納米、亞微米材料;以聚乙二醇-400為表面活性劑,通過溶膠-凝膠法合成出的納米ZnO粉末粒徑能達(dá)到70nm左右,且顆粒均勻,粒徑分布范圍窄,選取一定量的納米ZnO粉體,用滴定分析法分析其中ZnO的含量,發(fā)現(xiàn)該粉末的純度能達(dá)到99%以上。
加入表面活性劑在一定程度上可以制備一定形貌的納米氧化鋅。以Zn(CH3COO)2?2H2O、(COOH)2?2H2O為原料,乙二胺為表面活性劑。在不添加乙二胺的條件下,得到的納米ZnO顆粒大部分為球形或接近球形的顆粒,粒子尺寸較小且分布均勻,平均直徑在30nm左右,沒有針狀、棒狀和短柱狀出現(xiàn);若在同樣的反應(yīng)體系中,加入乙二胺,得到的是棒狀的納米ZnO顆粒。吳慶生等在PbCl2納米線的制備研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。