膠體化學(xué)作業(yè)

1、1、 請(qǐng)結(jié)合雙電層模型、DLVO理論分析膠體的穩(wěn)定性及其影響因素？重點(diǎn)分析電解質(zhì)的影響規(guī)律。2、 固體表面吸附規(guī)律，物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別，吸附的測(cè)量原理、方法和相關(guān)應(yīng)用。3、 固體表面帶電原因及規(guī)律，動(dòng)電電位測(cè)量原理、方法及其應(yīng)用。4、 常用的表面分析技術(shù)有哪些？各有什么特點(diǎn)？從中可得到哪些信息？簡(jiǎn)述各種分析技術(shù)的工作原理。5、 應(yīng)用學(xué)過的知識(shí)，結(jié)合研究課題或感興趣的某一方面內(nèi)容，寫一篇膠體與界面化學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展?fàn)顩r的小論文。（3000字左右，按照礦大學(xué)報(bào)的格式寫）要求：封面用碩士課程考試專用封面，日期寫5月20號(hào)，裝訂成冊(cè)，5月30號(hào)前交給劉剛。1、 請(qǐng)結(jié)合雙電層模型、DLVO理論分析膠

2、體的穩(wěn)定性及其影響因素？重點(diǎn)分析電解質(zhì)的影響規(guī)律。答：據(jù)膠體的各種性質(zhì)。溶膠穩(wěn)定的原因可歸納為：(1) 溶膠的動(dòng)力穩(wěn)定性 膠粒因顆粒很小，布朗運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，能克服重力影響不下沉而保持均勻分散。這種性質(zhì)稱為溶膠的動(dòng)力穩(wěn)定性。影響溶膠動(dòng)力穩(wěn)定性的主要因素是分散度。分散度越大，顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，擴(kuò)散能力越強(qiáng)，動(dòng)力穩(wěn)定性就越大，膠粒越不溶易下沉。此外分散介質(zhì)的粘度越大，膠粒與分散介質(zhì)的密度差越小，溶膠的動(dòng)力穩(wěn)定性也越大，膠粒也越不溶易下沉。(2) 膠粒帶電的穩(wěn)定作用和DLVO理論下圖表示的是一個(gè)個(gè)膠團(tuán)。藍(lán)色虛線圓是擴(kuò)散層的邊界，虛線圓以外沒有凈電荷，呈電中性。因此，當(dāng)兩個(gè)膠團(tuán)不重迭時(shí)，如左圖，它們

3、之間沒有靜電作用力，只有膠粒間的引力，這種引力與它們之間距離的三次方成反比，這和分子之間的作用力（分子之間的作用力與分子之間距離的六次方成反比）相比，是一種遠(yuǎn)程力，這種遠(yuǎn)程力驅(qū)使膠膠核膠核膠核膠核團(tuán)互相靠近。當(dāng)兩個(gè)膠團(tuán)重迭時(shí)，如右圖，它們之間就產(chǎn)生靜電排斥力。重疊越多，靜電排斥力越大。如果靜電排斥力大于膠粒之間的吸引力，兩膠粒相撞后又分開，保持了溶膠的穩(wěn)定。膠粒必須帶有一定的電荷才具有足夠的靜電排斥力，而膠粒的帶電量與電勢(shì)的絕對(duì)值成正比。因此，膠粒具有一定的電勢(shì)是膠粒穩(wěn)定的主要原因。1941年deriaguin 和landau已經(jīng)1948年由ver-wey和overbeek分別提出了帶電膠體粒

4、子穩(wěn)定的理論，簡(jiǎn)稱DLVO理論。該理論認(rèn)為：a 膠團(tuán)之間既存在著斥力勢(shì)能，也存在著引力勢(shì)能。b 溶膠的相對(duì)穩(wěn)定性或是聚沉取決于斥力勢(shì)能或是引力勢(shì)能的相對(duì)大小c 斥力勢(shì)能、引力勢(shì)能以及總勢(shì)能都隨著粒子間距離的變化而變化，但是，由于斥力勢(shì)能以及引力勢(shì)能與距離關(guān)系的不同，因此必然會(huì)出現(xiàn)在某一區(qū)域內(nèi)引力勢(shì)能占優(yōu)勢(shì)；而在另一范圍內(nèi)斥力勢(shì)能占優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象。d 理論推導(dǎo)表明，加入電解質(zhì)時(shí)，對(duì)引力勢(shì)能的影響不大，但對(duì)斥力勢(shì)能的影響卻是十分明顯。所以電解質(zhì)的加入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的總勢(shì)能發(fā)生很大的變化。適當(dāng)?shù)恼{(diào)整電解質(zhì)的濃度，可以得到相對(duì)穩(wěn)定的溶膠。(3) 溶劑化的穩(wěn)定作用 物質(zhì)和溶劑之間所起的化合作用稱為溶劑化，溶劑若

5、為水，則稱水化。憎液溶膠的膠核是憎水的，但它吸附的離子都是水化的，因此增加了膠粒的穩(wěn)定性。由于緊密層和分散層中的離子都是水化的，這樣在膠粒周圍形成了水化層。實(shí)驗(yàn)證明，水化層具有定向排列結(jié)構(gòu)，當(dāng)膠粒接近時(shí)，水化層被擠壓變形，它有力圖恢復(fù)定向排列結(jié)構(gòu)的能力，使水化層具有彈性，這成了膠粒接近時(shí)的機(jī)械阻力，防止了溶膠的聚沉。以上影響溶膠穩(wěn)定的三種因素中，尤以帶電因素最重要。2、 固體表面吸附規(guī)律，物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別，吸附的測(cè)量原理、方法和相關(guān)應(yīng)用。答：固體表面吸附規(guī)律：固體表面的氣體或液體的濃度高于其本體濃度的現(xiàn)象，稱為固體的表面吸附。固體表面的氣體與液體有在固體表面自動(dòng)聚集，以求降低表面能的趨

6、勢(shì)。固體表面上得原子或分子與液體一樣，受力也是不均勻的，而且不像液體表面分子可以移動(dòng)，通常它們是定位的。物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別：物理吸附：吸附力是范德華力，吸附熱較小，無(wú)選擇性，不穩(wěn)定，易分解，單分子層或多分子層，吸附速率較快，受溫度影響小?；瘜W(xué)吸附：吸附力為化學(xué)鍵力，吸附熱較大，有選擇性，穩(wěn)定性好，分子層是單分子層，吸附速率較慢，吸附速率受溫度影響大。物理吸附僅僅是一種物理作用，沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學(xué)鍵的生成與轉(zhuǎn)移，也沒有原子重排等?；瘜W(xué)吸附相當(dāng)與吸附劑表面分子與吸附質(zhì)分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在紅外、紫外、可見光譜中會(huì)出現(xiàn)新的特征吸附帶。吸附的測(cè)量原理、方法：常壓流動(dòng)法：用凈化和干燥過的氮?dú)夥?/p>

7、兩路進(jìn)入裝有吸附劑的吸附平衡管：一路通過在一定溫度恒溫的吸附介質(zhì)液體，帶出其飽和蒸汽進(jìn)入混合器。另一路直接進(jìn)入混合器。調(diào)節(jié)兩路氣體的流速以控制混合氣體中吸附質(zhì)蒸汽的含量。由混合器流出的混合氣體進(jìn)入預(yù)先處理并準(zhǔn)確稱定管得增量，直至不再改變?yōu)橹梗?jì)算此蒸汽含量下的吸附量。相關(guān)應(yīng)用：干燥劑、防毒面具、脫色劑、色譜、污水處理、催化劑等。3、 固體表面帶電原因及規(guī)律，動(dòng)電電位測(cè)量原理、方法及其應(yīng)用。答：任何一個(gè)相界面，甚至一塊純金屬處在真空中，其表面都會(huì)出現(xiàn)正、負(fù)電荷的分離，從而導(dǎo)致表面區(qū)（約在表面幾個(gè)分子大小范圍內(nèi)）出現(xiàn)電位差。任何兩個(gè)不同相的接觸都會(huì)形成一個(gè)相界面，而且呈現(xiàn)出帶電現(xiàn)象。其帶電原因主要

8、有以下幾方面：(1) 兩相的電子親合能不同，當(dāng)它們接觸時(shí)產(chǎn)生接觸電位這種帶電在金屬與金屬接觸，或者金屬與半導(dǎo)體相接觸時(shí)顯得特別重要。而對(duì)于固液或液液兩相接觸界面不太重要。(2) 兩個(gè)不同相的離子的親合能不相同這包括兩個(gè)相之間正、負(fù)離子的不同分布、固體表面在電解質(zhì)溶液中對(duì)各種離子的不同吸附和晶格中離子的不同溶解度。下面討論遇得較多的后兩種情況。第一種情況是固體表面對(duì)離子的吸附。如果固體是離子晶格，則它服從Fazans-Paneth 規(guī)則，即若一種離子與晶格上電荷符號(hào)相反的離子生成難溶或弱電離化合物，則此種離子能強(qiáng)烈地被離子晶體所吸附。如果固體是非離子型晶體，則它對(duì)離子的吸附符合Lippmann

9、方程式。它可通過下面方法推導(dǎo)出來(lái)。將Gibbs 吸附方程應(yīng)用到電解質(zhì)溶液中，則有 d d d 2式中， 為溶劑（不電離部分）的化學(xué)位； 2為溶質(zhì)（電離部分）的電化學(xué)位。之所以稱它為電化學(xué)位是因?yàn)樗c一般化學(xué)位不同。它除了包含一般化學(xué)位外還包含在界面上所產(chǎn)生的電位項(xiàng)。(3) 固體表面的電離屬于這種原因帶電的情況很多。原來(lái)中性的固體表面，在不同的pH 條件下，受到溶液中H 和OH 作用而發(fā)生不同形式的電離，最后導(dǎo)致其表面帶電。帶電的情況將隨溶液中pH 值而變化。例如，蛋白質(zhì)溶于純水中幾乎是電中性的，可是在酸性溶液中它卻帶正電荷，而在堿性溶液中它卻帶負(fù)電荷。這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)同時(shí)含有羧基和氨基，是兩性電

10、解質(zhì)，既可看作弱酸，也可看作弱堿。它在酸性介質(zhì)或堿性介質(zhì)中發(fā)生如下的電離反應(yīng)。 當(dāng)固體具有n 型（空穴型）或p 型（電子過剩型）缺陷時(shí)，它具有俘獲帶負(fù)電粒子或帶正電粒子的能力例如蒙脫石（一種鋁硅粘土礦）是具有p 型缺陷的固體。它是由上、下兩層Si -O 四面體(Si4O10 )4-和處在它們中間的Al - O 八面體所組成。其中Al3+ 被Mg2+取代而形成類質(zhì)同晶。蒙脫石經(jīng)驗(yàn)式可表示為Al1.67Mg0.33Si4O10(OH)2 ，由于低價(jià)Mg2+ 取代高價(jià)Al3+ ，因而使晶格出現(xiàn)過剩負(fù)電荷，故可以在其表面上俘獲堿金屬或堿土金屬的正離子，從而保持電中性。但是蒙脫石本身是帶負(fù)電荷的。不管是

11、哪種原因，當(dāng)固體表面帶電以后，它必然要吸引等電量的反號(hào)離子在它的周圍。這樣在緊靠帶電固體表面處形成特殊的一層表面層-雙電層。動(dòng)電現(xiàn)象的特征是雙電層中帶電表面和大量溶液之間的相對(duì)剪切運(yùn)動(dòng)，根據(jù)不同情況，動(dòng)電現(xiàn)象分為4種：電泳、電滲、層流電位、沉降電位，在每種動(dòng)電現(xiàn)象中，所涉及的電位都是剪切面上的電位，稱電位，所以又稱動(dòng)電位。電位可以利用動(dòng)電現(xiàn)象直接測(cè)定。如利用微電泳儀測(cè)定電泳速度，通過電極室中的電極建立電場(chǎng)，用顯微鏡直接觀察粒子在電泳池中的遷移速度，根據(jù)公式U=D/4求出電位，也可以用界面移動(dòng)法測(cè)定粒子電泳速度。應(yīng)用：研究膠體粒子在電場(chǎng)下移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。4、 常用的表面分析技術(shù)有哪些？各有什么特點(diǎn)？

12、從中可得到哪些信息？簡(jiǎn)述各種分析技術(shù)的工作原理。答：掃描電子顯微鏡（SEM）和投射電子顯微鏡（TEM）是最常用的形貌分析技術(shù)，可用于分析導(dǎo)體、半導(dǎo)體及絕緣樣品，對(duì)樣品的形狀也沒有限制，塊狀及粉末狀也沒有限制都可以進(jìn)行分析。只是樣品的制備方法不同。利用儀器附帶的電子衍射及能量色散X射線分析（EDXA）設(shè)備還可做結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分分析。掃描電鏡利用二次電子和背散射電子成像，放大倍數(shù)在20到20萬(wàn)倍之間，且有很大的景深，對(duì)凹凸不平的表面顯示得很清楚，立體感很強(qiáng)，樣品制備方法也很簡(jiǎn)單，但它的分辨率不如投射電鏡。掃描透射電鏡（STEM）的分辨率已經(jīng)達(dá)到了0.2nm，可看到薄樣品的原子結(jié)構(gòu)像。掃描隧道顯微鏡（

13、STM）、原子力顯微鏡（AFM）也可用來(lái)觀察樣品表面形貌和結(jié)構(gòu)。它們能直接給出表面三維圖像，并可達(dá)原子分辨率，能較清楚地確定表面原子結(jié)構(gòu)，但它們要求樣品表面非常平整，且STM還能分析絕緣樣品。單晶的表面結(jié)構(gòu)常用低能電子衍射（LEED）技術(shù)來(lái)研究。LEED利用的是入射低能電子通過晶體表面“原子光柵”的衍射現(xiàn)象，從實(shí)驗(yàn)上得到的衍射圖像便可得到表面二維晶胞的大小、對(duì)稱性、表面重構(gòu)、表面缺陷及相變等信息。常用的組分分析方法有X光電子能譜（XPS）、俄歇電子能譜（AES）、離子散射譜（ISS）及次級(jí)離子質(zhì)譜（SIMS）等。XPS是最常用的表面成分分析技術(shù)之一，它不僅能測(cè)定表面的組成元素，而且能確定各元素

14、的化學(xué)狀態(tài)，能檢測(cè)除H、He以外周期表中所有的元素且具有極高的靈敏度，測(cè)試過程對(duì)樣品表面無(wú)損害，定量分析效果好，特別適合于做化學(xué)分析。ISS和SIMS的顯著特點(diǎn)是它們能得到表面單層元素組分及表面結(jié)構(gòu)信息，但定量分析性能較差，檢測(cè)是可能對(duì)樣品有破壞性。SIMS能檢測(cè)包括H在內(nèi)的所有元素，能給出表面單層元素、同位素、化合物的組分、分子結(jié)構(gòu)及一定的晶格結(jié)構(gòu)信息。5、 應(yīng)用學(xué)過的知識(shí)，結(jié)合研究課題或感興趣的某一方面內(nèi)容，寫一篇膠體與界面化學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展?fàn)顩r的小論文。（3000字左右，按照礦大學(xué)報(bào)的格式寫）我國(guó)膠體與界面化學(xué)的發(fā)展摘 要：膠體與界面化學(xué)在能源、材料、生物、化學(xué)制造和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛

15、的應(yīng)用，并滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)主要領(lǐng)域中。所涉及到其中的一些重大科學(xué)問題，如土壤改良、功能與復(fù)合材料、三次采油、人造血漿、藥物緩釋與定向、潤(rùn)滑和油漆涂料等，與國(guó)家安全、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和人民生活等方面密切相關(guān)，發(fā)展膠體與界面化學(xué)學(xué)科對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本文綜述了我國(guó)膠體與界面化學(xué)學(xué)科 30 年來(lái)的研究進(jìn)展，尤其是近 10 年所取得的成就，主要包括新型兩親分子有序組合體的設(shè)計(jì)與構(gòu)建、界面化學(xué)與有序分子膜、膠體與界面化學(xué)在微納米功能材料合成中的應(yīng)用新進(jìn)展、膠體與界面化學(xué)在生物醫(yī)藥中的研究新進(jìn)展，以及膠體與界面化學(xué)的研究新方法，并對(duì)該學(xué)科的發(fā)展前景與趨勢(shì)進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：膠體

16、與界面化學(xué)；學(xué)科進(jìn)展；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)膠體與界面化學(xué)是研究膠體分散體系和界面現(xiàn)象的一門科學(xué)，與能源、材料、生物、化學(xué)制造和環(huán)境科學(xué)有著密切的關(guān)系，并滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)主要領(lǐng)域中。所涉及到其中的一些重大科學(xué)問題，如土壤改良、功能與復(fù)合材料、三次采油、漿體的管道運(yùn)輸、人造血漿、藥物緩釋與定向、摩擦與潤(rùn)滑和油漆涂料等，與國(guó)家安全、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和人民生活等方面密切相關(guān)，因此在社會(huì)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中具有重要的地位1。膠體與界面化學(xué)是一門古老而年輕的科學(xué)。早在 1861 年，英國(guó)化學(xué)家 Graham 首先提出了“膠體”( colloid) 這一名詞，并建立了一門有系統(tǒng)的學(xué)科膠體化學(xué)。但是長(zhǎng)期以來(lái)，由

17、于膠體體系的復(fù)雜性，許多規(guī)律停留在定性或半定量的描述，然而，近二十余年，這門學(xué)科有了明顯發(fā)展與突破。我國(guó)膠體與界面化學(xué)的發(fā)展基本上是從解放后開始的，著名的化學(xué)家傅鷹院士是我國(guó)膠體與界面化學(xué)的主要奠基人，其對(duì)吸附理論的研究在國(guó)際上達(dá)到了很高的水平。他于 1954 年在北京大學(xué)化學(xué)系主持建立了我國(guó)第一個(gè)膠體化學(xué)教研室，并親任室主任，培養(yǎng)了一批杰出的膠體化學(xué)研究生，推動(dòng)了全國(guó)膠體與界面化學(xué)的發(fā)展。其后，趙國(guó)璽在表面活性劑物理化學(xué)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用上，特別是在混合表面活性劑體系的研究中做出了突出貢獻(xiàn)，并成為第一位應(yīng)邀擔(dān)任國(guó)際膠體與界面化學(xué)雜志( J Colloid InterfaceSci ) 編委的

18、中國(guó)學(xué)者。顧惕人在表面活性劑界面吸附和表面膜方面，周祖康在表面活性劑膠束形成、轉(zhuǎn)變及膠體體系流變學(xué)性質(zhì)方面，馬季銘在分散體系的流變學(xué)性質(zhì)以及基于有序分子組合體模板的生物礦化材料的制備方面，楊孔章在功能性 L-B 膜的制備與應(yīng)用方面，陳宗淇在分散體系的流變性及膠體的穩(wěn)定性方面，王果庭在分散體系穩(wěn)定性與油田化學(xué)品方面，李干佐在將表面活性劑應(yīng)用于三次采油、油田開發(fā)方面，陳邦林在界面化學(xué)吸附及其在河口化學(xué)理論方面均做出了突出貢獻(xiàn)。改革開放以來(lái)，特別是自 1982 年以來(lái)的 30 年，我國(guó)膠體與界面化學(xué)學(xué)科得到了長(zhǎng)足發(fā)展，近 10 年發(fā)展尤為迅猛。1983 年成立了中國(guó)化學(xué)會(huì)物理化學(xué)專業(yè)委員會(huì)膠體與界面

19、化學(xué)學(xué)科組，趙國(guó)璽為首任組長(zhǎng)，馬季銘為第二任組長(zhǎng)。該學(xué)科經(jīng)過 23 年的建設(shè)和發(fā)展，于 2006 年升格為膠體與界面化學(xué)專業(yè)委員會(huì)。1983 年召開了第一屆全國(guó)膠體與界面化學(xué)會(huì)議，迄今已舉行過 13 屆。從歷年全國(guó)膠體與界面化學(xué)會(huì)議的與會(huì)代表數(shù)可以看出，30 年來(lái)我國(guó)膠體與界面化學(xué)處于蓬勃發(fā)展的階段。大批青年學(xué)者加入到膠體與界面化學(xué)的科學(xué)與技術(shù)研究隊(duì)伍中，一批膠體與界面化學(xué)學(xué)者在國(guó)際上已經(jīng)具有影響，進(jìn)入本領(lǐng)域權(quán)威期刊，如Adv Colloid Interface Sci、Curr Opin Colloid Interface Sci、ACS ApplMater Interfaces、Soft

20、Matter、Langmuir、J Colloid Interface Sci 等的編輯和顧問編委的中國(guó)學(xué)者也在不斷增多，表明了中國(guó)膠體與界面化學(xué)研究的進(jìn)步和提高。研究論文的數(shù)量，特別是論文的水平均有很大提高，一批研究突破已經(jīng)引起國(guó)際同行的密切關(guān)注并認(rèn)可。2006 年 10 月 15 至 20 日，第 12屆國(guó)際界面與膠體科學(xué)大會(huì)在北京國(guó)際會(huì)議中心隆重舉行。本次會(huì)議充分代表了國(guó)際膠體與界面化學(xué)學(xué)科的研究水平，展示了各國(guó)學(xué)者的研究成果和最新進(jìn)展，也是對(duì)中國(guó)膠體與界面科學(xué)家研究水平重視和承認(rèn)的例證。近年來(lái)，由于功能材料、仿生學(xué)和生物醫(yī)藥等學(xué)科的迅速發(fā)展，要求在納米尺寸（膠體) 的范圍內(nèi)進(jìn)行分子組裝

21、和材料的排列，制備具有各種功能與結(jié)構(gòu)的有序分子組合體和進(jìn)行仿生合成，特別是與生命現(xiàn)象有關(guān)的超分子組裝、新型表面活性劑有序聚集體的構(gòu)建和分子間相互作用的研究方興未艾。在這些領(lǐng)域，我國(guó)膠體與界面化學(xué)科學(xué)家均做出了一些突出的成績(jī)。1 界面化學(xué)與有序分子膜基于分子水平組裝的有序分子膜在材料學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)和生物仿生學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，我國(guó)已經(jīng)在功能性 LB 膜構(gòu)筑及其在生物仿生模擬、光學(xué)傳感器應(yīng)用等方面取得了較好的研究成果。近來(lái)，功能性有序分子膜在界面有序組裝薄膜的構(gòu)筑方面又取得了顯著進(jìn)展。手性是自然界的普遍現(xiàn)象，在生命科學(xué)、制藥以及材料科學(xué)中起著重要的作用。除了分子層次的手性以外，分子以上層

22、次的手性問題研究正在日益引起人們的廣泛興趣。劉鳴華等圍繞分子在界面的有序組裝，首次觀察到了非手性的兩親分子可以通過氣液界面的組裝形成具有超分子手性的組裝體，系統(tǒng)揭示了非手性分子在界面產(chǎn)生手性的機(jī)制以及非手性分子的分子結(jié)構(gòu)與界面組裝體之間的關(guān)系。他們基于靜電與 - 堆積，利用帶正電荷的兩親分子以及帶負(fù)電荷的卟啉分子在氣液界面組裝，從非手性的分子形成了手性組裝體，卟啉分子的螺旋堆積起了關(guān)鍵作用2；基于配位作用，將非手性的萘并咪唑長(zhǎng)鏈衍生物鋪展在含有銀離子亞相上，形成具有手性的有序膜3；基于氫鍵作用，非手性的長(zhǎng)鏈巴比妥酸衍生物在界面通過氫鍵相互作用自組裝形成手性超分子聚集體，以原子力顯微鏡觀察單層

23、LB膜看到二維納米螺旋結(jié)構(gòu)4。在表面上完美地復(fù)制尺寸可調(diào)的納米功能材料無(wú)論從理論上還是實(shí)際應(yīng)用上都具有重要意義。隨著仿生學(xué)的興起，蜂窩狀結(jié)構(gòu)因其用料省、強(qiáng)度高、空間有效利用率最高等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)應(yīng)用上備受關(guān)注。郝京誠(chéng)等發(fā)展了以雙鏈陽(yáng)離子表面活性劑與多金屬氧酸鹽通過相轉(zhuǎn)移形成的靜電復(fù)合物為構(gòu)筑單元，在氣/液界面制備了具有磁性、熒光等性質(zhì)并易于轉(zhuǎn)移的規(guī)則蜂窩狀多孔膜。該結(jié)果被Angew ChemInt Ed 等化學(xué)領(lǐng)域著名國(guó)際期刊錄用報(bào)道5，并被膠體領(lǐng)域的知名刊物Adv Colloid InterfaceSci 邀請(qǐng)撰寫綜述文章對(duì)該方向的研究結(jié)果進(jìn)行評(píng)述6。最近，他們7以表面活性劑修飾的金納米顆粒為構(gòu)

24、筑單元，發(fā)展了一種簡(jiǎn)單、低價(jià)的溶劑揮發(fā)方法，在氣/液界面制備了高度有序、不同形貌的蜂窩狀薄膜，其具有良好的轉(zhuǎn)移特性及層級(jí)多尺度的納米結(jié)構(gòu)。這種在界面上可復(fù)制的高度有序結(jié)構(gòu)在催化、薄膜分離、微電子表面和納米控制器等方面具有潛在的應(yīng)用。此外，他們7利用金納米顆粒的界面活性，采用一步法誘導(dǎo)聚苯乙烯等聚合物在氣/固界面形成了規(guī)則的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合蜂窩狀薄膜，該膜具有較高的強(qiáng)度，可被剝離固體基底而獨(dú)立存在，并在可見光區(qū)呈現(xiàn)出了明顯的吸收增強(qiáng)及干涉衍射現(xiàn)象。2 膠體與界面化學(xué)在微納米功能材料合成中的應(yīng)用新進(jìn)展由于材料的形貌與結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了材料的性能，因而具有特定形態(tài)、大小與結(jié)構(gòu)的納米材料的控制合成是

25、當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，膠體與界面化學(xué)方法在形貌可控的無(wú)機(jī)微納米功能材料合成方面發(fā)揮著十分重要的作用8，其中基于新型膠體模板的合成技術(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，并愈來(lái)愈受到人們的普遍關(guān)注。齊利民、郭榮、房喻和褚瑩等的研究團(tuán)隊(duì)取得了許多出色的成果。膠體晶體是由單分散的亞微米或微米級(jí)的膠體顆粒長(zhǎng)程有序排列的組裝體，膠體晶體模板法在制備三維有序大孔材料和二維有序圖案化納米結(jié)構(gòu)等方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。齊利民等9利用膠體晶體模板法首次成功制備了具有三維有序孔洞結(jié)構(gòu)的方解石型碳酸鈣單晶。這是人工合成出具有三維有序納米孔洞結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)單晶，從而為三維有序納米圖案化且具有特定功能的新型無(wú)機(jī)單晶材料的可控制

26、備提供了一條行之有效的仿生合成途徑。相關(guān)研究結(jié)果以“非常重要文章”( VIP) 的形式在AngewChem Int Ed 發(fā)表，被選為該期通訊類文章的首頁(yè)插圖，引起了國(guó)際同行關(guān)注。他們還利用有序排列的單層膠體晶體為模板，通過簡(jiǎn)便易行的溶液化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了圖案化 ZnO2一維納米結(jié)構(gòu)陣列的大面積可控制備10-13； 建立了一種基于氣液界面單層膠體晶體模板制備大面積高質(zhì)量納米網(wǎng)薄膜和蜂窩狀薄膜的新方法，通過該方法可以非常方便地制備出大面積高度有序的無(wú)機(jī)納米網(wǎng)薄膜14-17以及圖案化的碳酸鈣蜂窩狀薄膜19-21。3 膠體與界面化學(xué)研究新方法膠體與界面化學(xué)是密切結(jié)合實(shí)際并與其他學(xué)科息息相關(guān)的學(xué)科，它涉及

27、的范圍廣，研究的內(nèi)容豐富。從它的發(fā)展歷程也可以看出，膠體與界面化學(xué)的內(nèi)容在不斷深入、面貌在不斷更新，開拓的領(lǐng)域也越來(lái)越廣22-24。在自身的發(fā)展過程仲，也培育出一些新的學(xué)科，或豐富了其他學(xué)科的內(nèi)容。今后需要積極擴(kuò)展領(lǐng)域，加強(qiáng)學(xué)科間的交流合作。今后十年，膠體與界面化學(xué)的研究方向涉及到方法的開發(fā)、計(jì)算方法和理論的建立以及體系的開發(fā)。在界面自組裝方面，分子間相互作用及其協(xié)同效應(yīng)是分子自組裝與有序薄膜的本質(zhì)，也是該領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵科學(xué)前沿。未來(lái) 510 年的布局與重要研究領(lǐng)域包括：3.1 膠體與界面化學(xué)的基本物理化學(xué)問題研究近年來(lái)，膠體與界面化學(xué)的研究?jī)?nèi)容不斷更新，出現(xiàn)了許多新穎的研究方向，例如，特

28、殊介質(zhì)中的聚集體形成研究，但這些新的研究?jī)?nèi)容并不能解決膠體與界面化學(xué)基本理論與新穎現(xiàn)象( 規(guī)律) 的落后，如 DLVO 理論對(duì)特殊界面電性質(zhì)解釋、表面活性劑包結(jié)參數(shù)( P = v/al) 對(duì)新穎聚集體( 碟形膠束、中空的有序多面聚集體) 的預(yù)示、特殊電荷界面的水合力理論與模型構(gòu)筑( Hofmeister 效應(yīng)與水合力) 、微/納氣液體系理論以及可逆界面浸濕等問題。建議加強(qiáng)對(duì)膠體與界面化學(xué)的基本物理化學(xué)問題研究，包括新穎有序分子組合體的構(gòu)建和理論認(rèn)識(shí)、經(jīng)典膠體分散體系理論完善研究和模型構(gòu)建與理論模擬25。3.2 新方法、新技術(shù)的應(yīng)用新的手段與方法在膠體與界面體系不斷滲透，新的學(xué)科交叉點(diǎn)將不斷生長(zhǎng)

29、，對(duì)膠體與界面化學(xué)的發(fā)展起重要推動(dòng)作用，這些方向包括自組裝過程、新組裝方法和組裝體的結(jié)構(gòu)與功能； 膠體分散體系( 組裝體和單層等軟模板) 在微納米功能材料合成中的應(yīng)用； 膠體分散體系、界面與軟物質(zhì)科學(xué)的相關(guān)滲透研究；特殊介質(zhì)如離子液體和超臨界二氧化碳中組裝、化學(xué)反應(yīng)和功能研究；膠體化學(xué)及其在清潔能源和環(huán)境中的應(yīng)用。制備新型的兩親分子是獲得新穎分子有序結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)；認(rèn)識(shí)和掌握兩親分子間弱相互作用力的協(xié)同規(guī)律，是創(chuàng)造并調(diào)控這類分子有序結(jié)構(gòu)的科學(xué)前提； 針對(duì)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的需求和特點(diǎn)，掌握分子有序結(jié)構(gòu)與之相匹配的規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必須環(huán)節(jié)。然而，從分子設(shè)計(jì)和化學(xué)合成角度考慮，發(fā)展新的基本構(gòu)筑基元，比如獲得結(jié)構(gòu)和組成都更為復(fù)雜的分子，特別是有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化的兩親分子等，將會(huì)面臨更多的問題和困難。因此在相關(guān)的聚集體研究中，如何在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，構(gòu)筑結(jié)構(gòu)更豐富、功能更多樣的聚集結(jié)構(gòu)，已成為膠體與界面化學(xué)研究中的重要發(fā)展方向。其中如何獲得普遍性的構(gòu)筑