slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 40

[email protected] - PowerPoint PPT Presentation


  • 112 Views
  • Uploaded on

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

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' [email protected]' - leane


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Department of Physical Chemistry

Faculty of Chemistry, UAM, Poznań

Wybrane aspekty stabilności nanodyspersji

Some peculiarities in stability of nanodispersions

MICROSYMPOSIUM:Stability of dispersion systems

within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference

22 September 2005, Poznań

[email protected]

slide2

Nanocząstki:

Cząstki koloidalne o średnicy 5 - 50 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

slide6

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

slide7

Metastabilność suspensji koloidalnych

(Chandrasekhar, 1943)

a/μm

=2

=20

0.1

0.034 s

26 dni

1.0

34 s

70 lat

slide8

Destabilizacja:

Zanik małych cząstek

slide9

Destabilizacja:

Procesy koagulacji, flokulacji, koalescencji

Spektroskopia

Sedymentacja i „creaming process”

slide11

Ostwald ripening (stabilność dyssolucyjna)

Równanie Younga-Laplace’a (1805)

Średnia krzywizna powierzchni

0 dla płaszczyzny lub katenoidu

Równanie Kelvina

p/p0=0.989 RS=100 nm

p/p0=0.339 RS=1 nm

slide12

Równanie Kelvina

Wyższe stężenie równowagowe =

szybszy transport masy

Mikrokrystality???

stała „krzywizna”

Stosunek liczby atomów na krawędziach i na powierzchniach kryształu

slide13

Warunki otrzymania stabilnej dyspersji:

  • Niska rozpuszczalność materiału cząstek
  • Syntetyczne cząstki - dendrymery

McNeil S.E., Nanotechnology for biologist

slide14

Siły działające pomiędzy cząstkami

Energia oddziaływań międzycząsteczkowych

Energia oddziaływań

elektrostatycznych

Energia oddziaływań

dyspersyjnych (Londona)

slide15

Charakerystyka układu

  • (typowa suspensja koloidalna):
  • Średnica cząstki 2a=1 μm
  • Lepkość dynamiczna η=10-3 kg/m s
  • Prędkość cząstki v=1 μm/s
  • Gęstość cząstki ρ=103 kg/m3
  • Gęstość względna Δ ρ/ ρ=10-2
  • Przyspieszenie ziemskie g=10 m/s2
  • Stała Hamakera Aeff=10-20 Nm
  • Potencjał elektrokinetyczny ξ=50 mV
  • Przenikalność elektryczna ε=102

ośrodka dyspersyjnego

slide16

Odpychanie

elektrostatyczne

102

Przyciąganie Londona

1

Siła tarcia

1

10-1

Siła grawitacji

Siła bezwładności

10-6

slide17

Teoria DLVO

Oddziaływania elektrostatyczne

Warstwa dyfuzyjna – model Gouya-Chapmana

Warstwa adsorpcyjna – model Sterna

Oddziaływania dyspersyjne Londona

slide18

Rozkład jonów w warstwie dyfuzyjnej – rozkład Boltzmanna

Równanie Poissona

Równanie Poissona-Boltzmanna

Sonntag H., Koloidy, PWN, Warszawa, 1982

slide19

Płaskie powierzchnie

Sonntag H., Koloidy, PWN, Warszawa, 1982

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

slide23

Przykłady przybliżonych rozwiązań

Feke, D.L., Prabhu, N.D., Mann, J.A.Jr., Mann, J.A.III., J. Phys. Chem., 88, 5735-5739 (1984)

Schowalter, W.R., Eidsath, A.B., PNAS, 98, 3644-3651 (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

Kulkarni, A.M., Chatterjee, A.P., Scheizer, S., Zukoski C.F., J. Chem. Phys., 113, 9863-9873 (2000)

slide25

Gęstość ładunku powierzchniowego

Gęstość grup jonogennych 8/nm2

Gęstość jonów 0.002/nm2 (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).
slide26

Gęstość ładunku powierzchniowego

Całkowity ładunek cząstki o średnicy 10 nm

~0.6 e

Gęstość grup jonogennych 8/nm2

Gęstość jonów 0.002/nm2 (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).
slide27

Nanocząstki – siły dyspersyjne

Krótki zasięg.

Nie ma II minimum – flokulacja jest niemozliwa.

Stabilizacja suspensji przez adsorbaty o małych cząsteczkach

(np. hydrozol Au stabilizowany octanotiolem)

  • Nanocząstki – siły elektrostatyczne
  • teoria Debye’a-Hückla
  • gęstość ładunku powierzchniowego

Ładunek elektryczny cząstki to

1 lub 2 ładunki elementarne

slide30

HVO (1971)

Evans-Napper (1970)

Zmiany konformacji makrocząsteczek podczas zbliżania

cząstek zależą od profilu gęstości segmentów w polimerowej

warstwie adsorpcyjnej.

slide31

Profil gęstości segmentów jest funkcją wielu czynników:

parametrów oddziaływań segmentów z powierzchnią i

rozpuszczalnikiem, stężenia polimeru, czasu relaksacji warstwy

adsorpcyjnej, struktury polimeru.

slide32

Odpychanie steryczne

Udział sił osmotycznych (przenikanie się warstw adsorpcyjnych)

Udział sił elastycznych (deformacja warstwy adsorpcyjnej)

Vincent, B., Edwards, J., Emment, S., Jones, A., Colloids Surf., 18, 261 (1986)

slide33

Obliczenia dla małych cząstek przy użyciu procedury Deriaguina

zakładają ciągłą strukturę warstwy adsorpcyjnej

W tej skali wielkości ujawnia się subtelna struktura polimerowej

warstwy adsorpcyjnej

slide37

Depletion flocculation and stabilization

Asahura, Oosawa (1958)

Feigin, Napper (1980)

slide39

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)

slide40

MICROSYMPOSIUM:Stability of dispersion systems

within the XLVIII scientific PTChem and SITPChem 2005 conference

22 September 2005, Poznań

[email protected]

ad