最近，很多讀者詢問，到底如何判斷納米材料的表面電荷。有鑒于此，我們推出了納米材料表面電荷的專輯，具體闡述以下三個問題：1. 如何界定納米材料的表面電荷？ 2. 納米材料表面電荷與穩(wěn)定性的關(guān)系及其核心要素！ 3. 納米材料表面電荷的檢測原理、制樣與數(shù)據(jù)分析！
本期主要討論如何界定納米材料的表面電荷。
首先，我們需要知道，什么是雙電層？
電極的金屬相為良導(dǎo)體，過剩電荷集中在表面；電解質(zhì)的電阻較大，過剩電荷只部分緊貼相界面，稱緊密層（compact double layer）或stern層；余下部分呈分散態(tài)，稱擴(kuò)散層（diffuse double layer）。這樣，在電極的金屬-電解質(zhì)兩相界面存在電勢，將產(chǎn)生雙電層（electrical double layer），其總厚度一般約為0.2-20納米。（具體可參考傅獻(xiàn)彩《物理化學(xué)》，維基百科）
圖1.固體表面雙電層模型簡化示意圖
（注：圖片來自wikipedia）
是不是感覺聽的云山霧海？哈哈，不要緊，簡單來說，膠體納米顆粒帶電，是因?yàn)榧{米顆粒表面擁有一層電位離子，電位離子層通過靜電作用，把溶液中電荷相反的離子吸引到膠核周圍。吸附正離子帶正電，吸附負(fù)離子帶負(fù)電。由于整個溶液是電中性的，故還應(yīng)有等量的反離子存在。這樣，在納米材料周圍介質(zhì)的相間界面區(qū)域就形成雙電層。
一是內(nèi)層區(qū)，稱為Stern層，其中離子與粒子緊緊地結(jié)合在一起；另一個是外層擴(kuò)散區(qū)，其中離子不那么緊密的與粒子相吸附。在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，有一個抽象邊界，在邊界內(nèi)的離子和粒子形成穩(wěn)定實(shí)體。當(dāng)粒子運(yùn)動時（如由于重力），在此邊界內(nèi)的離子隨著粒子運(yùn)動，但此邊界外的離子不隨著粒子運(yùn)動，這個邊界稱為流體力學(xué)剪切面（slipping plane）。
我們所說的Zeta電位就是指膠體納米粒子在剪切面處到體相溶液之間的電位。以穩(wěn)定的納米水溶膠為例，如果納米粒子表面帶有氨基，就會吸附溶液中的負(fù)電荷離子形成stern層，此時stern層含有大量負(fù)電荷，但是電位仍是正的。然后隨著離顆粒表面越遠(yuǎn)，負(fù)電荷越來越少，直到剪切面（slipping plane），雖然還是有負(fù)電荷的存在，但是電位也是正的（這個電位就是Zeta電位），只是絕對值又有所減少。
因此，納米顆粒本身帶不帶電荷或者帶什么電荷并不重要，重要的是，如果Zeta電位儀檢測得到的是正值，就說明納米顆粒整體表現(xiàn)出來的是正電荷，我們稱之為納米顆粒表面帶正電；如果Zeta電位儀檢測得到的是負(fù)值，就說明納米顆粒整體表現(xiàn)出來的是負(fù)電荷，我們稱之為嗎，顆粒表面帶負(fù)電荷。
圖2. 納米顆粒在介質(zhì)中的表面電荷和電位簡易示意圖
（注：圖片來自wikipedia）
納米顆粒表面酸性基團(tuán)的離解會使表面帶上負(fù)電，顆粒表面堿性基團(tuán)的離解會使表面帶上正電。
圖3. 納米顆粒整體表面正負(fù)電荷來源舉例
Zeta電位是評估納米粒子在介質(zhì)中是否能夠穩(wěn)定分散的重要指標(biāo)，對于納米材料的應(yīng)用體系具有非常重要的指導(dǎo)意義。那么，為什么Zeta電位和納米粒子的穩(wěn)定性如此相關(guān)？如何通過Zeta電位研究提高納米粒子的穩(wěn)定性？Zeta電位的核心影響因素有哪些呢？下一期，我們將具體講解納米材料表面電荷與穩(wěn)定性的關(guān)系及其核心要素！
