表面活性劑的基本性質(zhì)

盡管表面活性劑的結(jié)構(gòu)不盡相同, 但它們具有相同的基本性質(zhì)——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(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在表面活性劑的輔助下, 油、水能夠形成乳液, 廣泛應(yīng)用于日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。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(zhì)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(jié)構(gòu)(b)。球形膠束和囊泡的一部分被切除, 以便揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)。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(shù)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(jié)構(gòu)和濃度, 以及外在條件密切相關(guān), 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(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)是軟物質(zhì)和納米科技領(lǐng)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(zhuǎn)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