鄒旭　孫麗　彭菊媛　付海川　劉紅

摘 要：表面活性劑是富集于相與相交界之間的區(qū)域，并對(duì)界面性質(zhì)及相關(guān)工藝產(chǎn)生影響的一類物質(zhì)。近年來在各種納米材料制備中扮演了一個(gè)重要的角色，在定向設(shè)計(jì)多樣性的納米材料以及控制納米材料的分散等方面起著重要的作用。本文根據(jù)近年來濕化學(xué)體系下制備GeO2納米材料的進(jìn)展，結(jié)合表面活性劑的特性。分類地總結(jié)了它們?cè)谥苽銰eO2納米材料中的作用機(jī)理和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：表面活性劑 GeO2 化學(xué)制備 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0002-01

表面活性劑（surfactants）通常也稱為雙親分子。具有固定的親水和親油基團(tuán)，能夠在水/氣或者水/油界面的定向排列，并使兩種液體或者液固相之間表面張力顯著下降。具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等特性。近十幾年來廣泛應(yīng)用在日化、食品、制藥、造紙、塑料、皮革等方面等領(lǐng)域[1～2]。

表面活性劑分子的疏水作用導(dǎo)致它們?cè)谌芤褐写嬖跁r(shí)疏水鏈向內(nèi)聚在一起形成內(nèi)核而遠(yuǎn)離水環(huán)境，同時(shí)親水基朝外與水接觸，這一現(xiàn)象即為表面活性劑的“自聚”。表面活性劑在溶液中進(jìn)行自聚可以形成多種不同結(jié)構(gòu)、以及不同大小、形態(tài)的聚集體，即分子有序組合體。利用分子有序組合體形成的微米級(jí)甚至到達(dá)幾個(gè)納米膠團(tuán)或反膠團(tuán)。通過用其微型體積特性制備小尺度的納米顆粒，能夠?yàn)檠芯考{米尺度效應(yīng)提供制備基礎(chǔ)。一些具有特殊形貌以及結(jié)構(gòu)的納米材料，如片層狀，橢球狀、六角狀也可以利用分子有序組合體作為模板來進(jìn)行制備。在這其中，分子有序組合體通常起到晶體結(jié)構(gòu)與晶體取向的定向控制，以及形貌和粒徑的調(diào)控作用[3]。

GeO2是半導(dǎo)體材料中的重要一員。具有良好的半導(dǎo)體特性，可作為光纖材料，熒光劑、鏡頭以及電子元器件的基本組成部件。另外其還可作為工業(yè)上提純鍺的原料、石油工業(yè)產(chǎn)品的調(diào)節(jié)劑等。GeO2納米材料的制備方法基本可歸結(jié)為兩類：氣相沉積方法和濕化學(xué)方法。其中氣相沉積方法主要應(yīng)用于GeO2納米線的制備，而對(duì)于納米晶以及納米量子點(diǎn)的制備則多用于濕化學(xué)法。因濕化學(xué)法應(yīng)用的Ge鹽多數(shù)性質(zhì)較為活潑，不易保存。極易與水發(fā)生反應(yīng)形成GeO2的塊狀聚合物，是納米材料制備過程中亟需避免的問題。因此，在實(shí)驗(yàn)上多采用表面活性劑構(gòu)造微乳液的方法，目的為了減小鍺鹽與水的反應(yīng)時(shí)間以及接觸面積進(jìn)行制備。目前應(yīng)用這一體系已經(jīng)成功制備了多種性質(zhì)各異的GeO2納米材料[4～8]。具體來講，表面活性劑在GeO2領(lǐng)域中有如下作用。

1 控制納米顆粒的尺寸及形貌

表面活性劑在液相制備納米材料的最大特點(diǎn)就是在溶液中形成粒徑可調(diào)節(jié)的膠束，常見的膠束的直徑為10～100 nm。膠束的尺寸直接決定了生成產(chǎn)物的大小以及形貌，而膠束的尺寸調(diào)節(jié)可通過改變表面活性劑類型，控制表面活性劑劑量，以及添加其他輔助表面活性劑（如醇類）來進(jìn)行控制。從而達(dá)到了控制納米顆粒的粒徑以及形貌的目的。如吳海平博士等人通過反膠束方法制備的粒徑在100 nm左右的不同暴露面的納米方[6]以及臺(tái)灣新竹清華大學(xué)的邱薏雯等人制備的具有奇異楊桃形貌的GeO2納米顆粒[7]。

2 納米材料的表面改性作用

表面活性劑具有獨(dú)特的一頭親水基，一頭親油基的雙親結(jié)構(gòu)，并具有良好的吸附性?？梢耘c具有較高表面活性能的納米顆粒進(jìn)行結(jié)合。賦予納米顆粒新的表面結(jié)構(gòu)，從而對(duì)其表面性能進(jìn)行改性。吉林大學(xué)的吳偉等人利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）包覆于水熱法制備的GeO2納米顆粒上研究其發(fā)光性能發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過表面活性劑包覆后的納米粒子其光致發(fā)光性能明顯提升。并且不同的表面活性劑包覆效果也不一致。如CTAB的包覆后的GeO2納米粒子光致發(fā)光性能就很差[5]。

3 結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑作用

表面活性劑的雙親結(jié)構(gòu)能夠決定表面活性劑分子在膠束表面聚集，使在膠束內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)的納米粒子定向排列，誘導(dǎo)納米顆粒形成特定的晶相或晶格結(jié)構(gòu)。從而起到結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用利用表面活性劑這一定向誘導(dǎo)性質(zhì)，可以選擇性制備所需的納米結(jié)構(gòu)材料并定向合成指定基團(tuán)或其他結(jié)構(gòu)。如海南師范大學(xué)的Zou等人，利用苯—PVP（正丁醇）—水體系成功在室溫條件下制備了較為罕見的β石英相的納米GeO2顆粒（P3221空間群）與平時(shí)常見的α相的GeO2在空間對(duì)稱性上呈左右對(duì)稱的狀態(tài)。這說明表面活性劑在不同的醇類的輔助作用下，能夠?qū)χ苽涞募{米材料結(jié)構(gòu)起到結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，從而有助于我們選擇性地控制GeO2納米材料各種晶相的制備[8]。

4 微反應(yīng)單元

分子有序組合體可作為微反應(yīng)器在化學(xué)、化工、生化反應(yīng)中提供多種微環(huán)境并實(shí)施控制，有著常規(guī)反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)越性。作為制備新型納米材料的微反應(yīng)器，在材料科學(xué)中，設(shè)計(jì)制備新型納米材料能使得復(fù)合材料獲得新的物理化學(xué)性能，這其中對(duì)顆粒的形態(tài)、顆粒粒徑、粒徑分布、膠體的穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，而分子有序組合體特殊的微環(huán)境為控制反應(yīng)提供了適宜的條件。如吉林大學(xué)的鄒旭博士等在苯—PVP—水體系下構(gòu)筑氣泡，并以此為核在表面活性劑構(gòu)成的微反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了空心GeO2結(jié)構(gòu)的合成。為攜帶其他類型的納米材料或藥物，實(shí)現(xiàn)藥品的定向輸運(yùn)奠定了工作基礎(chǔ)。[4，9]

表面活性劑在GeO2納米材料的濕化學(xué)制備中起到舉足輕重的作用。而由于對(duì)表面活性劑認(rèn)識(shí)的問題以及合成工藝的限制，近年來有關(guān)這一體系下GeO2納米材料制備的工作并不是很多，同時(shí)值得指出的是，不同種類的表面活性劑對(duì)GeO2體系的影響也不盡相同。因此，有必要對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行更加深入地研究，這同時(shí)也有助于我們更好地理解表面活性劑的應(yīng)用特性。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖進(jìn)新，趙振國.表面活性劑應(yīng)用原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

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[9] 鄒旭.氧化鍺納米結(jié)構(gòu)制備及高壓相變行為研究[D].吉林大學(xué)，2011.endprint