納米ZnO粉體具有獨特的光學、電學、力學和磁學等方面的性能，廣泛應用在催化劑、光電子、微電子、磁學和生物學等領域。然而，納米ZnO粉體表面由于其巨大的表面能，導致顆粒很容易團聚在一起，嚴重影響最終產品的性能。如何防止團聚是制備納米ZnO的關鍵性問題之一，下面小編介紹通過在反應體系中加入表面活性劑對粉體表面進行修飾改性，制備粒度分布均勻、分散性好的納米ZnO粉體。

一、表面活性劑概述

1、表面活性劑定義

表面活性劑是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列并使 表面張力顯著下降的物質。表面活性劑分子結構特點是：

（1）具有兩親性：一端為親水基團，另一端為憎水基團。

（2）親水基團常為極性的基團，而憎水基團常為非極性烴鏈.

（3）兩端為不對稱的分子結構。

表面活性劑通過親/疏水作用可自組裝形成不同的聚集體。在油－水－表 面活性劑－助表面活性劑體系中，當表面活性劑濃度較低時，形成的是乳狀液；當濃度超過臨界膠束濃度（CMC）時，表面活性劑分子聚集成膠束；當濃度進一步增大時，即可形成微乳液；當分散相濃度達到40%～50% 時，則由微乳液的球形膠束轉變為棒狀、層狀等膠束。

表面活性劑的不同膠束狀態

2、表面活性劑作用

表面活性劑分子具有自組裝效應和立體幾何效應，在納米粉體制備過程中加入表面活性劑的作用是：

（1）降低表面張力，減少表面能，保持分散體系相對穩定。

（2）對納米粉體的尺寸和形貌進行調控。

在納米材料合成中常用的表面活性劑分為：離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。常用離子型表面活性劑主要有十二烷基硫酸鈉、十六烷三甲基溴化銨等；非離子型表面活性劑主要有聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等。

二、表面活性劑在納米ZnO合成與制備中應用

1、離子型表面活性劑

離子型表面活性劑是指溶解于水能夠發生電離的表面活性劑。它的模板作用主要表現為表面活性劑中的親水基團與無機化合物之間通過靜電作用力相互結合，從而吸附到顆粒的表面，誘導晶體的生長，阻止粒子間的團聚。

（1）陰離子表面活性劑

陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉輔助下成功制備了針狀、花狀納米氧化鋅。在沒有表面活性劑存在時產物形貌為棒狀，說明表面活性劑在形成各種形貌納米粉體材料的過程中起到了關鍵作用。

（2）陽離子表面活性劑

陽離子表面活性劑十六烷三甲基溴化銨與前驅體的靜電作用制備出分散性較好的花狀納米氧化鋅微結構。

不同離子型表面活性劑制備納米ZnO粉體表面形貌SEM圖

（左圖為六角型圓筒納米ZnO雙晶微結構；右圖為ZnO納米梭形貌）

2、非離子型表面活性劑

非離子表面活性劑的模板作用主要表現為表面活性劑中的親水基團和無機化合物表面羥基基團通過氫鍵作用力相互結合，從而誘導晶體的成核和生長，得 到不同形貌的納米材料。利用不同分子量的非離子型聚合物聚乙烯醇作為大分子表面活性劑，在特定的膠束濃度范圍和介質體系中形成超分子模板，即“微反應器”，可以制備出球形、針棒狀納米氧化鋅和均勻分散的六角形、片狀、螺旋棒狀的納米、亞微米氧化鋅材料。

四針狀納米氧化鋅形貌SEM圖

不同非離子型表面活性劑制備納米ZnO粉體表面形貌SEM圖

三、表面活性劑對納米ZnO粉體性能的影響

表面活性劑在納米粉體材料制備領域起著不可或缺的作用。表面活性劑分子在一定條件下可以有序排列形成各種結構的表面活性劑分子有序聚集體。通過自組裝所形成的聚集體系為化學反應提供了特殊環境，可作為“微反應器”或模板制備出各種結構和形貌的納米材料。納米材料的結構和形貌不同，其性能也將發生很大變化。

1、納米ZnO光學性能的影響

采用不同表面活性劑如：甲基纖維素、SDS、酪蛋白乙酞苯胺和三聚磷酸鈉等，制備了ZnO納米粒及菜花狀、針狀和片狀納米ZnO形貌，其不同形貌的納米ZnO光致發光強度和禁帶寬度發生了改變以及PL光譜發生藍移現象。

片狀納米ZnO形貌SEM圖片

2、納米ZnO氣體傳感性能的影響

采用十二烷基硫酸鈉作為表面活性劑，通過溶膠－凝膠法獲得量子尺寸的ZnO納米粒，其不僅在NO₂氣體傳感測試方面具有較高的響應，而且在最佳操作溫度（290℃）時對CO和CH₄也表現出較高的選擇性。

納米ZnO在氣體傳感器領域應用

3、納米ZnO抗菌活性影響

表面活性劑聚乙烯醇和聚L-谷氨酸對納米氧化鋅的抗菌活性具有顯著影響，在加入表面活性劑聚乙烯醇時所獲得的球狀ZnO納米粉體具有最高的抗菌活性。

納米ZnO抗菌性能示意圖

作者：李波濤

參考文獻：1、劉雪寧，楊治中等，高分子模板法合成特殊形態的氧化鋅納米結構材料，《化學通報》。

2、范學運，王艷香，余 熙等，表面活性劑對水熱合成納米氧化鋅粉性能的影響，《中國陶瓷》。