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杂化纳米复合材料
分散体系与溶胶
分散体系是指一种或几种物质以一定分散度分散在另一种物质中形成的体系。
以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相，这种分散的颗粒称为分散质；分散质在某个方向上的线度介于1～100nm时，这种分散体系）对纳米TiO2粒子可形成溶剂化层而荷正电性，构成比较稳定的溶胶。
分散体系与溶胶
溶胶的性质-稳定性
由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高，憎溶胶是热力学不稳定体系。若无其它条件限制，溶胶倾向于自发凝聚，形成低表面能状态。若上述过程可逆，则成为絮凝，若不可逆，则称为凝胶。
分散体系与溶胶
溶胶的性质-稳定性
对于热力学不稳定的溶胶，增加体系中粒子间结合所需克服的能垒可使之在动力学上稳定。
增加粒子间能垒的途径有3个，即胶粒表面带有电荷、利用空间位阻效应和利用溶剂化效应。
分散体系与溶胶
溶胶的性质-稳定性
溶粒表面电荷来自其中晶格离子的选择性电离，或者选择性吸附溶剂中的离子，金属氧化物水溶胶，一般优先吸附H+或OH-。
胶粒表面呈中性的pH值称为等电点(PZC)，当pH＞PZC时，胶粒表面带负电荷，反之，带正电荷。
分散体系与溶胶
溶胶的性质-稳定性
带电胶粒周围的等量的反电荷开成扩散层，相邻胶粒的扩散层重叠产生静电斥力；
胶粒间的相互作用还有分子间范德华引力和由粒子表层价电子重叠引起的短程斥力。溶胶的相对稳定性取决于斥力势能或引力势能的相对大小。
分散体系与溶胶
溶胶的性质-稳定性
斥力势能在数值上大于引力势能，而且足以阻止由于布朗运动使粒子相互碰撞而粘结时，则溶胶处于相对稳定的状态。当胶粒间的引力势能在数值上大于斥力势能时，胶粒将相互靠拢而发生聚沉。调整斥力势能和引力势能的相对大小，可以改变溶胶体系的稳定性。
分散体系与溶胶
溶胶体系粒子势能与间距的关系
分散体系与溶胶
溶胶的性质-稳定性
第一最小值：表示胶粒形成结构紧密而稳定的聚沉物，它对应着体系的凝胶状态；
第二最小值：表示胶粒形成较疏松的沉积物，不稳定，具有可逆性。它对应着体系的絮凝状态。
分散体系与溶胶
溶胶的性质-稳定性
胶粒间距一定时，排斥力的减小，如减小表面电荷或增加扩散层中的反粒子的浓度等，都会导致凝聚或形成凝胶。
空间位阻效应，由于胶粒相互靠近，吸附的聚合物构象熵减少，体系自由能增加，故胶粒表面吸附短链聚合物，可提高其稳定化。
胶粒间聚合物层重叠部分浓度增加，产生浓压差，使胶粒相互排斥。
在介电常数较大的溶剂中，胶粒表面有一溶剂化层，使胶粒彼此难以靠近团聚，也利于其稳定。
凝胶的结构与性质
凝胶虽然含有大量的溶剂介质，但不具有流动性，呈半固体状态，介质存在于对应的凝胶多孔结构中，这种凝胶多孔结构可以是溶质形成的，也可以是部分溶剂介质参与溶质形成凝胶。通常意义的凝胶是水凝胶，凝胶结构中，连续相可以是溶质，也可以是溶剂介质，或是双连续相。
凝胶的结构与性质
凝胶是一种介于固体和液体之间的形态，是由溶胶转化得到的。随凝胶的形成，溶胶失去流动性，显示出固体的性质（一定的几何外形、弹性、强度、屈服值等），但从内部结构看，却与固体不一样，存在固-液（或气）两相，属于胶体分散体系，具有液体的某些性质。
凝胶的结构与性质
凝胶的类型
弹性凝胶：柔性的线型大分子所形成的凝胶，如聚乙烯醇、合成的或天然的橡胶、明胶、琼脂等。
刚性凝胶：大多数为无机凝胶，如SiO2、TiO2、V2O5、Fe2O3等，常以水为分散体系。它来源于刚性粒子构成的网状结构，其框架随吸收或释放溶剂介质的变化基本无变化，体积也没有明显的变化。对水溶液的吸收无选择性，液体只要具有润湿性，均能被吸收。一旦转变为干凝胶时，就不再吸收介质还原为原凝胶、更无法形成产生此凝胶的溶胶。因此，也称为不可逆凝胶。
凝胶的结构与性质
凝胶的结构-四种结构类型
凝胶的结构与性质
凝胶的结构-四种结构类型
球形质点相互联结成串球网架，如SiO2、TiO2等；
为板状或棒状质点搭成网架，如V2O5凝胶、白土凝胶等；
线性大分子构成的凝胶，骨架中部分分子链排列成束，构成局部有序的微晶区，主要包括蛋白质类，如明胶，合成聚合物类，如聚***丙烯酸甲酯溶液等；
线性大分子以化学键相连而形成体型结构，如硫化橡胶。
凝胶的结构与性质
四种凝胶结构类型的差别-3方面
质点形状：显著地影响形成凝胶的所必需的最低浓度 ；
质点的刚性或柔性：柔性大分子形成弹性凝胶，刚性质点形成非弹性凝胶；
质点间联结力：范德华力、氢键、化学键；
凝胶的结构与性质
凝胶的形成的两种途径
干凝胶，如干琼脂。干明胶等，吸收亲和性液体膨胀成凝胶，但此法仅限于高分子物质；
溶胶或溶液在适当条件下转变成凝胶，此过程称胶凝。
凝胶的结构与性质
凝胶形成的条件：
溶解度降低，分