一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法技术

本发明专利技术公开了一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，该方法首先利用光散射技术测定给定电解质类型和温度下的微纳米颗粒的临界聚沉浓度；其后，在该浓度条件下，计算颗粒间的静电斥力和长程分子引力的合力，并确定该条件下的颗粒表面电位；最后根据所得表面电位得到颗粒的表面电荷密度。本发明专利技术可通过激光散射仪对临界聚沉浓度的测定，准确计算获得微纳米颗粒表面电荷密度，不需分别在气相介质中测定颗粒的外表面积和在液相介质下测定颗粒的表面电荷数量，再计算表面电荷密度。再计算表面电荷密度。再计算表面电荷密度。

【技术实现步骤摘要】
一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法


[0001]本专利技术属于微纳米颗粒表面电荷密度测定方法的
，特别涉及利用动态光散射技术进行微纳米颗粒表面电荷密度测定的


技术介绍

[0002]表面电荷密度是纳微米颗粒的界面性质中非常重要的参数，它决定了纳微米颗粒表面上的电场强度，从而影响了纳微米颗粒之间的相互作用。
[0003]然而到目前为止，现有技术中还没任何仪器可以直接测定这一重要参数。现有技术中对纳微米颗粒表面电荷密度的获得均是通过颗粒在气相介质中测定的外表面积与液相介质下测定的表面电荷数量进行估算实现的。由于测定环境不一致，这种估算方法得到的表面电荷密度准确性较差。
[0004]因此，亟需一种能够准确测定纳微米颗粒表面电荷密度的方法，以克服现有评估方法的缺陷，实现物质界面性质研究的突破。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种能够通过激光散射仪，直接在液相介质下准确测定纳微米颗粒表面电荷密度的方法。
[0006]本专利技术首先提供了如下的技术方案：
[0007]一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，其包括：
[0008]S1通过动态光散射技术测定微纳米颗粒在电解质溶液中的临界聚沉浓度；
[0009]S2基于微纳米颗粒在临界聚沉浓度下的凝聚能量势垒方程，根据所得临界聚沉浓度的值，通过赋值逼近的方法，获得微纳米颗粒的表面电位，根据所得表面电位计算得到所述微纳米颗粒的表面电荷密度；
[0010]其中，
[0011]所述微纳米颗粒的凝聚能量势垒方程如下：
[0012][0013][0014]其中，Δw表示微纳米颗粒的凝聚能量势垒；x表示颗粒间的距离；h表示颗粒的有效头部厚度，即纳微米颗粒凝聚时的有效厚度，可根据经验取值；P
net
(x)表示长程分子引力的合力；A
eff
为纳微米颗粒的Hamaker常数；a和b表示P
net
(x)＝0时的两个x的值；k表示Boltzmann常数；T表示绝对温度；P
EDL
(x)表示与微纳米颗粒的表面电位及临界聚沉浓度有关的临界聚沉浓度下的微纳米颗粒间的静电斥力；
[0015]所述微纳米颗粒的表面电荷密度的计算如下：
[0016][0017]其中，σ0表示所述微纳米颗粒的表面电荷密度；为所述微纳米颗粒的表面电位；ε
v
表示真空介电常数；D表示介质相对介电常数(如介质为水，则D＝80)；c
i
表示体系i离子的浓度；Z
i
表示i离子的化合价；R为气体常数；β表示反离子的有效电荷系数(如果i离子为同号离子，则β＝1)；e表示自然指数；e0为元电荷电量。
[0018]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述微纳米颗粒间的静电斥力通过以下计算模型得到：
[0019]在所用电解质的阴阳离子的电荷比为1:1的情况下：
[0020][0021]当
[0022][0023]当
[0024]其中，CCC表示所述临界聚沉浓度；表示临界聚沉浓度时扩散层的厚度，F表示Faraday常数，ε表示介质介电常数；
[0025]在所用电解质的阴阳离子的电荷比为1:2的情况下：
[0026][0027]当
[0028][0029]当
[0030]其中，计算参数
[0031]计算参数
[0032]临界聚沉浓度时扩散层的厚度。
[0033]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述临界聚沉浓度的获得包括：
[0034](1)使用动态光散射技术观测在已知电解质浓度c0的电解质溶液中，由微纳米颗粒在凝聚过程中的有效直径的变化情况，获得其有效直径随时间的变化量D(t)，根据有效直径随时间的变化量D(t)得到微纳米颗粒的瞬时凝聚速率v(t，c0)；
[0035](2)通过所得瞬时凝聚速率v(t，c0)获得从t＝0时刻到任意t＝t时刻的微纳米颗粒的平均凝聚速率
[0036](3)根据所得微纳米颗粒的平均凝聚速率获得从t＝0时刻到t＝t0时刻的微纳米颗粒总平均凝聚速率
[0037]在不同电解质浓度c0下，根据以上(1)
‑
(3)的过程测定微纳米颗粒的总平均凝聚速率以电解质浓度c0为横坐标、所得总平凝聚速率为纵坐标绘制曲线，则曲线两个倾斜段之间的拐点处对应的浓度即为所述临界聚沉浓度。
[0038]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述微纳米颗粒的瞬时凝聚速率v(t，c0)通过下式得到：
[0039][0040]其中，t表示时间。
[0041]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述微纳米颗粒的平均凝聚速率通过下式得到：
[0042][0043]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述微纳米颗粒总体平均凝聚速率通过下式得到：
[0044][0045]其中，D(t)和D(0)分别为凝聚的微纳米颗粒在t时刻和初始时刻的有效直径。
[0046]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述赋值逼近法包括：
[0047]设定在所述临界聚沉浓度条件下的一个表面电位的值，根据该临界聚沉浓度及表面电位的值，计算颗粒间距离为x时的P
EDL
(x)值；根据P
EDL
(x)的值，进一步获得P
net
(x)和Δw的值，将计算得到的Δw的值与0.2kT的值进行比较，若Δw>0.2kT,则降低表面电位的绝对值，再次计算降低表面电位的绝对值后获得的Δw的值，并与0.2kT的值进行比较，直到Δw<0.2kT时停止，以上过程中的表面电位的值作为横坐标、所得Δw作为纵坐标作图，以所得曲线图中Δw＝0.2kT时的值作为所求表面电位的值。
[0048]根据本专利技术的一些具体实施方式，在所用电解质的阴阳离子的电荷比为1:1的情况下：所述微纳米颗粒的表面电荷密度σ0通过下式得到：
[0049][0050]其中，CCC表示所述临界聚沉浓度，ε
v
表示真空介电常数；D表示介质相对介电常数(如介质为水，则D＝80)；R为气体常数；β表示反离子的有效电荷系数；e表示自然指数；e0表示元电荷电量。
[0051]根据本专利技术的一些具体实施方式，在所用电解质的阴阳离子的电荷比为1:2的情况下：所述微纳米颗粒的表面电荷密度σ0通过下式得到：
[0052][0053]其中，CCC表示所述临界聚沉浓度，ε
v
表示真空介电常数；D表示介质相对介电常数(如介质为水，则D＝80)；R为气体常数；β表示反离子的有效电荷系数；e表示自然指数；e0表示元电荷电量。
[0054]本专利技术测定的微纳米颗粒表面电荷密度为液相介质中的真实值，不需要利用在气相条件下测定的比表面积进行估算获得，其结果准确度更高，而且有望实现仪器的自动测定。
附图说明
[0055]图1为具体实施方式中所述曲线。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，其特征在于，其包括：S1通过动态光散射技术测定微纳米颗粒在电解质溶液中的临界聚沉浓度；S2基于微纳米颗粒在临界聚沉浓度下的凝聚能量势垒方程，根据所得临界聚沉浓度的值，通过赋值逼近的方法，获得微纳米颗粒的表面电位，根据所得表面电位计算得到所述微纳米颗粒的表面电荷密度；其中，所述微纳米颗粒的凝聚能量势垒方程如下：所述微纳米颗粒的凝聚能量势垒方程如下：其中，Δw表示微纳米颗粒的凝聚能量势垒；x表示颗粒间的距离；h表示颗粒的有效头部厚度，即纳微米颗粒凝聚时的有效厚度，可根据经验取值；P
net
(x)表示长程分子引力的合力；A
eff
为纳微米颗粒的Hamaker常数；a和b表示P
net
(x)＝0时的两个x的值；k表示Boltzmann常数；T表示绝对温度；P
EDL
(x)表示与微纳米颗粒的表面电位及临界聚沉浓度有关的临界聚沉浓度下的微纳米颗粒间的静电斥力；所述微纳米颗粒的表面电荷密度的计算如下：其中，σ0表示所述微纳米颗粒的表面电荷密度；为所述微纳米颗粒的表面电位；ε
v
表示真空介电常数；D表示介质的相对介电常数；c
i
表示i离子的浓度；Z
i
表示i离子的化合价；R为气体常数；β表示反离子的有效电荷系数；e表示自然指数；e0为元电荷电量。2.根据权利要求1所述的测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，其特征在于：所述微纳米颗粒间的静电斥力通过以下计算模型得到：在所用电解质的阴阳离子的电荷比为1:1的情况下：当时；
当时；其中，CCC表示所述临界聚沉浓度；表示临界聚沉浓度时扩散层的厚度，F表示Faraday常数，ε表示介质介电常数；在所用电解质的阴阳离子的电荷比为1:2的情况下：当当当时；其中，计算参数
计算参数计算参数表示临界聚沉浓度时扩散层的厚度。3.根据权利要求1所述的测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，其特征在于，所述临界聚沉浓度的获得包括：(1)使用动态光散射技术观测在已知电解质浓度c0的电解质溶液中，由微纳米颗粒在凝聚过程中的有效直径的变化情况，获得其有效直径随时间的变化量D(t)，根据有效直径随时间的变化量D(t)得到微纳米颗粒的瞬时凝聚速率v(t，c0)；(2)通过所得瞬时凝聚速率v(t，c0)获得从t＝0时刻到任意t＝t时刻的微纳米颗粒的平均凝聚速率(3)根据所得微纳米颗粒的平均凝聚速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新敏，李航，田锐，唐颖，李睿，王琳，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：