通过向纳米材料前驱物中加入表面活性剂可以降低表面张力,减少表面能,从而降低分散体系中固体或液体粒子的聚集程度,保持分散体系相对稳定,有效地对纳米粒子的大小和形貌进行调控。
加入表面活性剂可以在氧化锌前驱体表面可起到空间位阻作用,减少粒子间直接接触,避免因氢键或范德华力的作用而导致团聚。在前驱物生成阶段,表面活性剂吸附在前驱物微粉的表面,使颗粒之间不易发生团聚。真空干燥时,表面活性剂分子在颗粒表面形成单分子膜,降低了溶剂与空气的接触面,表面张力急剧下降,微粒间不易靠近而降低微粉团聚程度。此外,表面活性剂的静电效应也可以在一定程度上降低微粉的团聚程度。
以硫酸锌和碳酸氢铵为原料,在反应前加入聚乙二醇(PEG),可得到无团聚的碱式碳酸锌前驱体;或通过在固相反应过程中加入表面活性剂PEG,可以制备出粒径更小、分散性更好的纳米氧化锌;若用可以形成液晶的复合非离子型表面活性剂作为分子模板,通过超声溶胶法控制,则可制备出平行束状纳米ZnO晶须,其等效平均粒径为50nm。
以Zn(NO3)2・6H2O、Na2CO3-NaHCO3为原料,阴离子表面活性剂为乳化剂,有机溶剂为分散剂,乳化法制备前驱物,热分解后得到的纳米ZnO为标准六方晶系,其平均粒径13.5nm;若用聚乙烯砒咯烷酮(PVP)作为表面修饰剂, 可以合成出粒度分布窄、平均粒度为4.0nm的氧化锌纳米微粒。
利用不同分子量的非离子型聚合物PEG作为大分子表面活性剂,在特定的胶束浓度范围和介质体系中形成超分子模板,即“微反应器”,可以制备出具有球形、针棒状纳米氧化锌和均匀分散的六角形、片状、螺旋棒状的氧化锌纳米、亚微米材料;以聚乙二醇-400为表面活性剂,通过溶胶-凝胶法合成出的纳米ZnO粉末粒径能达到70nm左右,且颗粒均匀,粒径分布范围窄,选取一定量的纳米ZnO粉体,用滴定分析法分析其中ZnO的含量,发现该粉末的纯度能达到99%以上。
加入表面活性剂在一定程度上可以制备一定形貌的纳米氧化锌。以Zn(CH3COO)2・2H2O、(COOH)2・2H2O为原料,乙二胺为表面活性剂。在不添加乙二胺的条件下,得到的纳米ZnO颗粒大部分为球形或接近球形的颗粒,粒子尺寸较小且分布均匀,平均直径在30nm左右,没有针状、棒状和短柱状出现;若在同样的反应体系中,加入乙二胺,得到的是棒状的纳米ZnO颗粒。吴庆生等在PbCl2纳米线的制备研究中也发现了类似的现象。