在納米材料領(lǐng)域，Zeta電位之重要，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
1）判定納米顆粒表面電荷的正負(fù)，用于指導(dǎo)下一步的修飾、改性或者不同體系的應(yīng)用。
2）判定并指導(dǎo)提高溶液體系中納米顆粒的穩(wěn)定性。
上一次我們討論了如何界定納米顆粒表面的電位正負(fù)，本期我們以Zeta電位為主，結(jié)合其他策略，討論了第二個(gè)方面的問題，即：如何判定和提高膠體納米顆粒的穩(wěn)定性？
PS：本文內(nèi)容均為作者平時(shí)經(jīng)驗(yàn)所得，沒有文獻(xiàn)出處，請(qǐng)大家批判閱讀！
首先，我們來看一下膠體穩(wěn)定性的DLVO理論。DLVO理論是研究帶電膠粒穩(wěn)定性的經(jīng)典理論，1941年由蘇聯(lián)科學(xué)家Deriagwin，Landau以及1948年由荷蘭科學(xué)家Verwey和Overbeek分別提出。其核心觀點(diǎn)在于：膠體的穩(wěn)定性取決于體系的總勢(shì)能U，而總勢(shì)能取決于斥力和引力勢(shì)能的加和。也就是說，顆粒之間的排斥力大于吸引力，溶膠就傾向于穩(wěn)定存在。而顆粒之間的排斥力主要與兩個(gè)因素有關(guān)：1）電荷；2）位阻。
圖1. 膠體穩(wěn)定性經(jīng)典DLVO理論
一、表面電荷與納米顆粒穩(wěn)定性
Zeta電位可以幫助我們了解在不同的體系中雙電層變化引起的膠體納米粒子表面實(shí)際帶電量的多少。如果納米粒子Zeta電位絕對(duì)值較高,說明其表面帶有電荷較多，它們會(huì)傾向于相互排斥,從而達(dá)到整個(gè)體系的穩(wěn)定性；如果顆粒整體帶有很少的電荷,也就是說它的Zeta電位絕對(duì)值很低,它們會(huì)傾向于相互吸引,從而使整個(gè)體系變得不穩(wěn)定。
因此，Zeta電位可以作為評(píng)估納米粒子膠體的穩(wěn)定性的重要參數(shù)。一般來說, Zeta電位絕對(duì)值愈高,顆粒的分散體系愈穩(wěn)定。水相中納米顆粒分散穩(wěn)定性的分界線一般認(rèn)為在+30mV或-30mV。也就是說，如果水相中納米顆粒Zeta電位高于+30mV或低于-30mV，則該分散體系比較穩(wěn)定。
Zeta電位的主要影響因素：
1. pH值
pH是對(duì)zeta電位影響最大的因素，當(dāng)談?wù)搝eta電位時(shí)，不指明pH是沒有太大意義的。
水溶液中，如果一種納米粒子的Zeta電位為負(fù)值，適當(dāng)加入堿，顆粒會(huì)得到更多的負(fù)電，Zeta電位絕對(duì)值變大；適當(dāng)加入酸，顆粒的電荷將會(huì)被中和，Zeta電位絕對(duì)值變小。
這是因?yàn)椋芤褐校瑢?duì)于表面帶負(fù)電荷的納米顆粒，擴(kuò)散層反離子為正，當(dāng)加入H+時(shí)，體相溶液中的正離子濃度變大，相互排斥，而將更多反離子擠進(jìn)滑動(dòng)面，中和掉更多的負(fù)電荷，使得Zeta電位絕對(duì)值變小，導(dǎo)致納米顆粒的帶電量變小少排斥力減弱，更容易團(tuán)聚。
一般來說，Zeta電位對(duì)pH作圖時(shí)，中間一定有一點(diǎn)會(huì)通過零zeta電位，這一點(diǎn)稱為等電點(diǎn)。膠體在等電點(diǎn)是最不穩(wěn)定的，最容易發(fā)生團(tuán)聚。當(dāng)納米溶膠的Zeta電位降低到臨界Zeta電位時(shí)，就會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，這個(gè)臨界值并不一定為0。
圖2. 確定最佳pH范圍的曲線圖。
2. 離子強(qiáng)度
對(duì)于表面帶負(fù)電荷的納米顆粒，當(dāng)加入大量NaCl、CaCl2等電解質(zhì)時(shí)，電解質(zhì)中與反離子相同的電荷的排斥作用把更多反離子壓入滑動(dòng)面，導(dǎo)致納米顆粒的帶電量變小，Zeta電位絕對(duì)值變小更容易導(dǎo)致團(tuán)聚。高價(jià)離子(Al3+)將會(huì)比單價(jià)離子(Na+)壓入更多的反離子，導(dǎo)致納米顆粒表面電荷更少。
PS：以上考量都是針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)化的體系而言，并不是說pH和離子強(qiáng)度都越大越好或者越小越好這么簡(jiǎn)單。以上只是簡(jiǎn)單地討論了一個(gè)趨勢(shì)，以助于大家分析具體問題時(shí)作為參考。
二、表面位阻與納米顆粒穩(wěn)定性
添加一些位阻較大的長(zhǎng)鏈分子或者枝狀分子也能起到提高納米顆粒膠體穩(wěn)定性的作用，譬如最常用的PVP、PEG等等，位阻效應(yīng)保證了納米顆粒之間的有效排斥。而水溶液中加入PEI、CTAB等帶電荷的長(zhǎng)鏈分子，一方面起到位阻排斥作用，一方面又起到提高Zeta電位，增強(qiáng)電荷排斥的作用，可謂一舉兩得。
圖3. 納米顆粒表面的位阻效應(yīng)
另外，納米溶膠本身屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定的體系，不同溶劑對(duì)納米顆粒表面能的降低和表面基團(tuán)的解離作用是不一樣的。以上討論都是基于水溶液中納米粒子。如果可以改變?nèi)軇x擇合適的溶劑，通過溶劑化作用最大限度地降低納米粒子的表面能，也是提高穩(wěn)定性的一個(gè)策略。
總之，要想提高膠體納米顆粒的穩(wěn)定性，通常有以下幾種辦法。每個(gè)體系都有太多變量，不能一概而論，需要依據(jù)實(shí)際情況綜合選擇：
1）通過測(cè)試不同pH下的Zeta電位調(diào)節(jié)合適的pH值。
2）通過測(cè)試不同離子強(qiáng)度下的Zeta電位調(diào)節(jié)合適的離子強(qiáng)度。
3）在特定溶劑中添加具有位阻效應(yīng)或特定吸附電荷的表面保護(hù)劑。
既然Zeta電位如此重要，那么，Zeta電位的檢測(cè)原理、樣品制備以及數(shù)據(jù)分析都有哪些需要值得注意的地方？如何檢測(cè)非水相體系耳朵Zeta電位呢？下期再見！
