纳米分散液体

纳米分散液体是一种异质体系，其中具有纳米级特征尺寸的固体颗粒均匀地分散在连续的液相中。理想情况下，这些颗粒以单个初级颗粒的形式存在。在这种情况下，我们称之为无团聚纳米分散体。纳米分散液的生产在能源和工艺方面要求很高。纳米颗粒具有非常高的比表面积，因此具有很高的自由表面能。这会导致强烈的颗粒间吸引力，尤其是范德华力。这些力会促进团聚，在分散过程中必须完全克服。

所需的解聚能与新产生的表面积直接相关。最低能量消耗可通过表面能近似描述：

E ≈ γ · ΔA

其中 γ 是固体的比表面能，ΔA 是团聚体破碎时新产生的表面积。随着颗粒尺寸的减小，ΔA 急剧增加，因此纳米分散系统的能量需求会成倍增长。

在实际过程中，局部施加的机械能量必须大于团聚体的结合能。不仅总能量很重要，分散空间中的功率和能量密度也很重要。有效的解聚需要高局部剪切率、冲击能量或压力诱导应力，例如高剪切、研磨或空化设备中出现的应力。

在将纳米分散粉末分散到液体中时，环境空气是一个重要的干扰因素。粉末进入时，空气也会随之进入，作为气相产生额外的界面。纳米颗粒更喜欢吸附在气液界面，因为这样更节能。这促进了稳定团聚体的形成，并阻碍了颗粒的完全润湿。这种效应在高粘度液体中尤为明显，因为封闭的气泡只能缓慢逸出，从而降低了局部有效的剪切传递。

除了解聚之外，分散体的稳定性也是至关重要的。纳米分散液体在热力学上不稳定，但可以通过动力学稳定。如果没有稳定作用，纳米颗粒会因其高表面能而重新聚结。稳定性通常通过静电排斥来描述，例如在 DLVO 理论中，或者通过聚合物或分子添加剂的立体阻碍来描述。

纳米分散粒子的沉降大大减少。沉降速度大致遵循斯托克斯定律，并与粒子直径的平方成正比。对于纳米粒子，沉降通常被布朗运动所覆盖或完全抵消。因此，在许多情况下，只要不发生聚结，纳米分散液体在很长一段时间内都能保持沉降稳定。