微乳液在無機材料制備中的應用

陳宗能

摘 要：微乳液是在由于乳化劑的作用使得水相和油相形成微粒的情況下形成的，微粒分散于溶劑之中并處于穩定狀態時的溶液系統即為乳化液。這種特殊的構造使得其具有廣泛的用途，在無機材料的制備中，微乳液的作用尤其的重要。本文介紹了微乳液形成和其特殊的結構，闡述了其在無機材料制備中的作用。

關鍵詞：微乳液；無機材料；制備；應用

0 引言

表面活性劑是由親水基團和疏水基團構成的化學試劑，因此既可以親水又可以親油，正是這種雙親性使其具有特殊的利用價值，可以幫助兩種互不相容的液體融合，是一種液體以液滴的形式分散在另一種無不相容的液體中，微乳液就是這樣形成的[1]。微乳液是由兩種互不相容的水相和油相在表面活性劑的作用下形成透明或半透明的粒子，分散于溶劑之中而形成的液體混合物。這種混合物具有具有低粘度和各向同性的特性，它將連續介質分散成粒度細小、大小均一細小空間，且這種空間可以穩定保持幾個月。根據乳液中顆粒的不同可將分為水包油、油包水和雙連續相三種類型。微乳液應用于各行各業，不論是在輕工業還是重工業上都有著廣泛的應用價值，尤其是在化學工業之中尤為重要，在制備各種無機材料之中也有著有著廣闊的用途。

1 微乳液的制備及結構

微乳液是由表面活性劑調和水相和油相使得形成的微粒在溶液中分散穩定存在而形成的特殊溶液，微乳液主要靠體系中各種成分的比例及其分配情況來形成并保持穩定[2]。表面活性劑的結構主要是由親水基團和親油基團構成，因而既可以結合水相也可以結合油相轉變為乳液小顆粒。分子中親水親油基團用親水親油平衡值HLB衡量，HLB指隨著親水性的增大而增大，隨著親油性的增大而減小。表面活性劑非極性基團較多，親油性較強，則會形成油包水性乳液，這時需要表面活性劑的HLB值處于3.5～6之間；相反對于極性基團較多的情況下，親水性會較強，則會形成水包油的乳液，這時需要表面活性劑的HLB值處于8～18之間[2]。表面活性劑根據其分子的種類可劃分為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑等等，一般來說可以加入短鏈醇來調節表面活性劑的極性，及改變其HLB值時期在O/L界面上能有更大的吸附力，因此也成為助表面活性劑，此外，還能增強表面膜界面的流動性，使界面更容易彎曲，有助于微乳液的形成。

2 微乳液的應用

2.1 制備無機納米顆粒

當構成物質的顆粒縮小至納米級別時，物質材料的特性會發生變化，由于表面能、表面結合能、表面原子數量等等物理化學參數變化進而導致新材料與傳統材料相比具有很好地光電磁性能，就能產生特性優良的納米材料，有著許多新的用途。微乳液則用于納米材料的制備，利用表面活性劑和高分子聚合物可形成油包水的微乳液，這種微乳液的水相空間很小，可以作為制備納米材料的良好的微型反應器來控制生成物的大小與形態。制備納米材料的反應機理是：含有反應物A的水核和反應物B的水核在一起發生反應，進行物質交換或者相互融合形成晶核，之后粒子逐漸成長就形成了納米顆粒產物。油包水的微乳液因其獨特的結構和溶液中特有的聚合方式，所以能制備出顆粒尺寸小、分布均勻的納米材料，這種納米材料在化學領域有著很好的利用價值，可以用來催化化學反應，例如：加氫、異構化反應等等。同時，這種納米材料的應用在某些燃燒的化學反應、氧化還原的化學反應以及電化學和光化學催化方面也具有巨大的潛力。

2.2 制備多孔無機材料

表面活性劑的獨特的結構和特有的凝聚形式除了可以用于制備納米材料以外，還能夠以此為模板引導所要制備的材料的結構，通過與無機物種相互作用來制備介孔分子篩材料。介孔分子篩由于多孔結構具有較大的表面積，且孔徑為納米尺度且可用溶脹劑的用量進行調變，其分離吸附作用在分析化學中有著廣泛的應用，例外對于某些化學反應來說其多孔的結構也可以起到很好地催化作用。它制備的第一步就是形成微乳液浸提模板，表面活性劑的用量不同形成的新材料的結構也不同，隨著表面活性劑使用量的增多，膠束可以有六方液晶結構轉變為立方甚至層狀液晶結構。可以利用非極性有機物在表面活性劑的膠束中和水分子的排斥作用來擴張膠束體積，形成增溶現象。無機材料進入水油界面進行反應，利用已形成的微乳液晶模板，形成結構有序的表面包裹無機物的膠束，出去表面活性劑之后就形成了多孔的無機材料，即介孔分子篩。與制備納米材料相反，制備多孔材料利用是無機物在水包油的微乳液液滴表面的沉積，剔除油相和乳化劑進而就形成了空心結構的無機球形顆粒，其大小與微乳液中表面活性劑的使用量有密切聯系。乳液液滴變大時會不穩定，它會從混合相中沉積下來排列成陣，以此為模板則會形成排列整齊的大孔無機材料。

2.3 制備無機復合材料

使用前面沒有分離的納米顆粒和反應體系，在進一步添加其他反應物就可以形成核-殼復合結構的，物質顆粒在納米尺度的產物。例如可應用于非線性光學方面的（Ag、Cu、CdS）/SiO2二元合金分散符合薄膜材料，或是具有超順磁性的鐵銅合金納米顆粒等等。微乳液還可以用來制備負載的金屬氧化物或者是雙金屬納米顆粒等高效催化劑。

3 結束語

微乳液在無機材料制備，例如：無機納米顆粒、多孔無機材料、無機復合材料中有著很大的作用，但是對于該方法的研究還處于初期實驗室階段，并沒有投入大規模的生產與應用。對于微乳液在無機材料制備中的作用機理、生成的無機材料的影響、以及微乳液的制備仍需要進一步的研究和改進。在這個過程中，進一步地對制備微乳液的合適的乳化劑進行探索，尋找適合制備無機材料的微乳液的方法，對于推廣微乳液方法制備無機材料在生產實踐活動中進行應用具有重要意義，有著廣闊的前景。

參考文獻：

[1]王德舉，劉仲能.微乳液在無機材料制備中的應用[J].上海化工，2005（04）.

[2]徐潔.無表面活性劑微乳液及其在納米顆粒制備中的應用[D].青島科技大學，2013（02）.

[3]張彩霞，張江娟，謝中運.微乳液特性及在納米材料制備中的應用[J].江西化工，2006（01）.

[4]顧愛軍，李中春，周全法.微乳液在貴金屬納米材料制備中的應用[J].江蘇技術師范學院學報，2006（06）.