[发明专利]一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于微纳米颗粒表面电荷密度测定方法的技术领域，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领域。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明首先提供了如下的技术方案：

一种测定微纳米颗粒表面电荷密度的方法，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。

根据本发明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：

在所用电解质的阴阳离子的电荷比为1:1的情况下：

当

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