Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji Some peculiarities in stability of nanodispersions Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji Some peculiarities in stability of nanodispersions Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji."— Zapis prezentacji:

1 Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji Some peculiarities in stability of nanodispersions Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji Some peculiarities in stability of nanodispersions Department of Physical Chemistry Faculty of Chemistry, UAM, Poznań MICROSYMPOSIUM: Stability of dispersion systems within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference 22 September 2005, Poznań

2 Nanocząstki: Cząstki koloidalne o średnicy nm. Nanocząstki złota (metoda cytrynianowa Turkevicha) d 15 nm Średnia droga swobodna elektronu w złocie ~50 nm Plazmon – objekt o właściwościach określonych przez skwantowane poziomy oscylacyjne elektronów przewodnictwa

3

4

5

6 Stabilność termodynamiczna Stan równowagi - Równowaga dynamiczna układów micelarnych - Równowaga dynamiczna roztworów polimerów Fluktuacje liczby agregacji, wymiana cząsteczek surfaktantu, zanik i powstawanie micel Ustawiczne zmiany konformacji

7 Metastabilność suspensji koloidalnych (Chandrasekhar, 1943) a/μma/μm =2= s 34 s 26 dni 70 lat

8 Destabilizacja: Zanik małych cząstek

9 Procesy koagulacji, flokulacji, koalescencji Sedymentacja i creaming process Destabilizacja: Spektroskopia

10 Kryteria stabilności suspensji koloidalnych Stałe szybkości procesów

11 Równanie Younga-Laplacea (1805) Średnia krzywizna powierzchni 0 dla płaszczyzny lub katenoidu Ostwald ripening (stabilność dyssolucyjna) Równanie Kelvina p/p 0 =0.989 R S =100 nm p/p 0 =0.339 R S =1 nm

12 Równanie Kelvina Mikrokrystality??? stała krzywizna Stosunek liczby atomów na krawędziach i na powierzchniach kryształu Wyższe stężenie równowagowe = szybszy transport masy

13 Warunki otrzymania stabilnej dyspersji: Niska rozpuszczalność materiału cząstek Syntetyczne cząstki - dendrymery McNeil S.E., Nanotechnology for biologist

14 Siły działające pomiędzy cząstkami Energia oddziaływań elektrostatycznych Energia oddziaływań dyspersyjnych (Londona) Energia oddziaływań międzycząsteczkowych

15 Charakerystyka układu (typowa suspensja koloidalna): Średnica cząstki 2a=1 μm Lepkość dynamiczna η=10 -3 kg/m s Prędkość cząstkiv=1 μm/s Gęstość cząstkiρ=10 3 kg/m 3 Gęstość względnaΔ ρ/ ρ=10 -2 Przyspieszenie ziemskieg=10 m/s 2 Stała HamakeraA eff = Nm Potencjał elektrokinetycznyξ=50 mV Przenikalność elektryczna ε=10 2 ośrodka dyspersyjnego

16 Odpychanie elektrostatyczne Przyciąganie Londona Siła tarcia Siła grawitacji Siła bezwładności

17 Teoria DLVO Warstwa dyfuzyjna – model Gouya-Chapmana Warstwa adsorpcyjna – model Sterna Oddziaływania dyspersyjne Londona Oddziaływania elektrostatyczne

18 Rozkład jonów w warstwie dyfuzyjnej – rozkład Boltzmanna Równanie Poissona Równanie Poissona-Boltzmanna Sonntag H., Koloidy, PWN, Warszawa, 1982

19 Russel W.B., Saville D.A., Schowalter W.R., Colloidal Dispersions, Cambridge Univ. Press, 2001 Płaskie powierzchnie

20 Procedura Deriaguina

21 Duże cząstki kuliste (κd

22

23 Przykłady przybliżonych rozwiązań Kulkarni, A.M., Chatterjee, A.P., Scheizer, S., Zukoski C.F., J. Chem. Phys., 113, (2000) Feke, D.L., Prabhu, N.D., Mann, J.A.Jr., Mann, J.A.III., J. Phys. Chem., 88, (1984) Schowalter, W.R., Eidsath, A.B., PNAS, 98, (2001) Derjaquin, B.V., Landau, L., Acta physicochim. URSS, 14, 633 (1941) Verwey, E.J.W., Overbeek, J.T.G, Theory of the stability of lyophobic colloids, Elsevier, Amsterdam, 1948

24

25 Gęstość ładunku powierzchniowego T. Squires and M. P. Brenner, Phys. Rev. Lett. 85, 4976 (2000). R. K. Iler, The Chemistry of Silica (Wiley, New York, 1979). Gęstość grup jonogennych 8/nm 2 Gęstość jonów 0.002/nm 2 (1/κ=0.275 μm)

26 Gęstość ładunku powierzchniowego Całkowity ładunek cząstki o średnicy 10 nm ~0.6 e Całkowity ładunek cząstki o średnicy 10 nm ~0.6 e Gęstość grup jonogennych 8/nm 2 Gęstość jonów 0.002/nm 2 (1/κ=0.275 μm) T. Squires and M. P. Brenner, Phys. Rev. Lett. 85, 4976 (2000). R. K. Iler, The Chemistry of Silica (Wiley, New York, 1979).

27 Nanocząstki – siły dyspersyjne Nanocząstki – siły elektrostatyczne - teoria Debyea-Hückla - gęstość ładunku powierzchniowego Krótki zasięg. Nie ma II minimum – flokulacja jest niemozliwa. Stabilizacja suspensji przez adsorbaty o małych cząsteczkach (np. hydrozol Au stabilizowany octanotiolem) Ładunek elektryczny cząstki to 1 lub 2 ładunki elementarne

28 Stabilizacja i flokulacja polimerowa

29

30 Zmiany konformacji makrocząsteczek podczas zbliżania cząstek zależą od profilu gęstości segmentów w polimerowej warstwie adsorpcyjnej. HVO (1971) Evans-Napper (1970)

31 Profil gęstości segmentów jest funkcją wielu czynników: parametrów oddziaływań segmentów z powierzchnią i rozpuszczalnikiem, stężenia polimeru, czasu relaksacji warstwy adsorpcyjnej, struktury polimeru.

32 Udział sił osmotycznych (przenikanie się warstw adsorpcyjnych) Udział sił elastycznych (deformacja warstwy adsorpcyjnej) Odpychanie steryczne Vincent, B., Edwards, J., Emment, S., Jones, A., Colloids Surf., 18, 261 (1986)

33 Obliczenia dla małych cząstek przy użyciu procedury Deriaguina zakładają ciągłą strukturę warstwy adsorpcyjnej W tej skali wielkości ujawnia się subtelna struktura polimerowej warstwy adsorpcyjnej

34

35 Stabilność multipletów

36

37 Depletion flocculation and stabilization Asahura, Oosawa (1958) Feigin, Napper (1980)

38

39 Nanocząstki małe cząstki koloidalne Teorie opisujące stabilność układów koloidalnych (DLVO, HVO, EN, itd..) należy z ostrożnością stosować do nanodyspersji. W oddziaływaniach między-nano-cząstkowych istotna rolę odgrywają oddziaływania międzycząsteczkowe (w tym wodorowe)

40 MICROSYMPOSIUM: Stability of dispersion systems within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference 22 September 2005, Poznań


Pobierz ppt "Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji Some peculiarities in stability of nanodispersions Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji."

Podobne prezentacje


Reklamy Google