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乙醇/水混合溶液中表面活性剂CTAB自组装特性的研究

韩永才  
【摘要】:表面活性剂自组装形成胶束的特性在无机材料的仿生合成中起着关键性的作 用,对其在复杂体系下的自组装特性进行研究具有重要意义。本文研究了乙醇/水 混合溶液中表面活性剂的自组装特性。 首先采用稳态荧光探针法和稳态荧光淬灭法研究了表面活性剂CTAB在乙醇/ 水混合溶液中的自组装特性,分别测定了表面活性剂 CTAB 在乙醇/水的混合溶液 中临界胶束浓度(CMC)和胶束聚集数。研究表明,随着乙醇体积组成的增加, 表面活性剂的 CMC 急剧增加,而胶束聚集数呈下降的趋势。 其次,在 Nagarajan等人提出的表面活性剂水溶液中的自由能模型的基础上, 构建了乙醇/水混合溶液中表面活性剂的自组装热力学模型,研究了表面活性剂在 极性有机溶剂及其与水的二元混合溶剂的自组装特性。模拟计算了表面活性剂 CTAB 在乙醇/水混合溶液中的 CMC、胶束聚集数、胶束生成自由能以及胶束尺寸 分布等,并和实验数据进行了对比,发现此模型能够较为准确的对乙醇/水混合溶 液中的表面活性剂的 CMC 和胶束聚集数进行预测计算。经模拟计算发现,随着混 合溶液中乙醇组成的增加,表面活性剂聚集的主要驱动力——尾基转换自由能的 绝对值减小,表面活性剂在乙醇中聚集而成胶束所需的能量减小。 最后,采用介观动力学模拟方法,对不同乙醇组成的乙醇/水混合溶液中 CTAB 的聚集特性进行了模拟。其聚集形态随表面活性剂浓度的增加历经球形→球棒共 存→棒状→层状的转变过程。乙醇的加入,因其对表面活性剂的增溶和对胶束的 结构破坏作用,使胶束不易形成,因而胶束形态的转变过程被延缓。


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