[发明专利]一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法

权利要求书

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：

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

当时；

其中，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

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-c₀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。

4.根据权利要求3所述测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，其特征在于，所述微纳米颗粒的瞬时凝聚速率v(t，c₀)通过下式得到：

其中，t表示时间。

5.根据权利要求4所述测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，其特征在于，微纳米颗粒的平均凝聚速率通过下式得到：

6.根据权利要求5所述测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，其特征在于，所述微纳米颗粒总平均凝聚速率通过下式得到：

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。