悬浮液中胶体颗粒团聚过程研究

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纳米材料作为21世纪最有前途的材料,引起了科学界及工业界的广泛兴趣,但由于纳米颗粒的尺寸极小,表面活性高,使得它极易团聚,所以在制备纳米颗粒时,对其团聚动力学过程的研究有极其重要的意义。目前,主要用来对团聚动力学过程进行研究的方法为动态光散射法,但传统的动态光散射法以单散射理论为基础,仅适用于稀溶液,而对于浓悬浮液,复散射光占主导地位,单散射理论不再适用。本论文组建了一种低相干光纤动态光散射实验装置系统,无需稀释即可对浓悬浮液中胶体粒子的团聚动力学过程进行测量。采用低相干光纤动态光散射法测量了体积浓度为10%的不同粒径大小的聚苯乙烯悬浮液中背散射回的散射光能谱随散射光程的变化。将测量得到的背散射光能谱的线宽与相应的理论计算结果相比较发现,在短光程区域,考虑容器壁附近拖曳效应的影响后,对于不同粒径的颗粒,光程为约5倍粒子平均自由程的区域可看成为单散射区域。对于光程大于225μm的区域可看成为扩散光波区域。表明低相干光纤动态光散射法可实现高散射媒质中从单散射区域到低次散射到扩散区域的全光程的可分割散射光能谱测量。从而确定不同入射深度所对应的光散射区域。采用低相干光纤动态光散射技术对浓悬浮液中胶体颗粒的团聚过程进行了研究。在确定的单散射区域,通过测量颗粒在团聚过程中团聚体流体动力学半径大小的变化来考虑其团聚性质。结果表明,胶体粒子的团聚过程与电解质浓度及粒子的浓度有关。在固定的粒子浓度下,加入不同浓度电解质,团聚体大小随时间的变化呈指数增长,符合慢速团聚的特征,而且其团聚速率随电解质浓度的增加而增大。对于电解质浓度固定,改变粒子浓度大小的情况,同样团聚体也符合慢速团聚的特征。而且随粒子浓度增大,团聚体增长的更快。该实验结果可用DLVO理论进行较好的解释。
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