表面活性劑的基本性質

盡管表面活性劑的結構不盡相同, 但它們具有相同的基本性質——吸附和聚集。溶于水時, 表面活性劑容易在空氣/水表面吸附(富集), 形成排列整齊的單層膜(圖2(a))。除了空氣/水表面, 表面活性劑還能夠在油/水界面富集并降低界面張力, 改變油/水界面膜的結構和性質。在表面活性劑的輔助下, 油、水能夠形成乳液, 廣泛應用于日常生活和工農業(yè)生產。它們亦能夠吸附于固體表面, 提高固體基底的潤濕性。通過吸附降低表/界面張力, 是表面活性劑的基本性質之一。

表面活性劑吸附于空氣/水表面形成單分子膜以及表面活性劑水溶液中形成的典型聚集體結構(b)。球形膠束和囊泡的一部分被切除, 以便揭示內部結構。為了更好地展示, 單分子膜和各聚集體尺寸并未按同一表活劑的真實比例給出。

表面活性劑過多、在空氣/水表面達到飽和吸附的時候, 則容易在體相聚集(aggregation)。由于多數表面活性劑會首先聚集成膠束(micelle), 因而這一濃度稱為臨界膠束濃度(critical micellar concentration, cmc)。表面活性劑所形成的聚集體種類多樣, 具體與表面活性劑的結構和濃度, 以及外在條件密切相關, 典型的如球形的、棒狀的、碟狀的和蟲狀的膠束；單層的或多層的囊泡；層狀的、六角狀的、立方狀的液晶, 以及包含三維網絡的凝膠等, 。這種聚集過程, 因為是自發(fā)的,因而也被稱為自組裝(self-assembly)。這些結構是軟物質和納米科技領域的重要研究對象；同時, 由于這種由無序到有序的自發(fā)轉變與熵增定律背道而馳, 因而具有極高的科學研究價值。

表面活性劑典型功能, 以碳氫表面活性劑為例。(a) 增溶。分別為稀土配合物在兩性離子表面活性劑蠕蟲狀膠束中的增溶(i)[19]和富勒烯C60在嵌段共聚物膠束中的增溶(ii)。(b) 陰離子表面活性劑輔助分散單壁碳納米管模型(左)及分散液的熒光光譜(右)  。(c) 烷基糖苷乳化甲苯-水體系, 水相被染為綠色, 甲苯被染為紅色[22]。(d) 十八烷基蔗糖酯穩(wěn)定的特級初榨橄欖油泡沫。(e) Pluronic F127作為軟模板與硅納米顆粒作為硬模板協(xié)同形成的Pt-Ru納米顆粒