關(guān)鍵詞:Zeta電位、石墨烯
石墨烯(Graphene)是一種碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料,具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。
可以在石墨烯表面植入官能團(tuán)從而大幅提高材料的細(xì)胞和生物活性,石墨烯的表面帶電與表面改性密切相關(guān)。
在這篇應(yīng)用報(bào)告中,我們使用丹東百特儀器公司最新推出的BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀檢測(cè)了分散在水性環(huán)境中的改性石墨烯的Zeta電位。
原理和設(shè)備
電泳光散射技術(shù)ELS是利用激光照射在樣品溶液或者懸浮液上,檢測(cè)角度12°的散射光信號(hào)。在樣品兩端施加一個(gè)電場(chǎng),樣品中的帶點(diǎn)顆粒在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行電泳運(yùn)動(dòng)。由于顆粒的電泳運(yùn)動(dòng),樣品的散射光的頻率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻移,即多普勒頻移。利用數(shù)學(xué)方法處理散射光信號(hào),得到散射光的頻率移動(dòng),進(jìn)而得到顆粒的電泳運(yùn)動(dòng)速度,即電泳遷移率μ。通過(guò)Herry方程,我們把顆粒的電泳遷移率和其Zeta電位ζ聯(lián)系起來(lái):
其中ε為介電常數(shù),η為溶劑粘度,f(κα)為Henry函數(shù),κ為德拜半徑倒數(shù),α代表粒徑,κα代表了雙電層厚度和顆粒半徑的比值。
丹東百特公司的BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀,使用波長(zhǎng)671 nm,功率50 mW激光器作為光源,在173°角進(jìn)行粒徑檢測(cè),在12°度角進(jìn)行Zeta電位檢測(cè)。采用PALS相位分析光散射技術(shù)。
圖1. BeNano 180 Zeta納米粒度及Zeta電位儀
樣品制備和測(cè)試條件
測(cè)試了兩個(gè)表面改性的石墨烯懸浮液樣品的Zeta電位。由于樣品本身為懸浮液,目測(cè)濁度不高,所以采用原樣測(cè)試。
圖2. 左側(cè)為樣品一,右側(cè)為樣品二
通過(guò)BeNano 180 Zeta內(nèi)置的溫度控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)默認(rèn)測(cè)試溫度控制為25℃±0.1℃,每一個(gè)樣品在放入樣品池后進(jìn)行至少三次測(cè)試,以檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性和得到結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
測(cè)試結(jié)果和討論
圖3. 樣品1多次檢測(cè)相圖
圖4. 樣品2多次檢測(cè)相圖
通過(guò)電泳光散射,得到了兩個(gè)表面改性的石墨烯樣品的Zeta電位信息。圖3和圖4中展示了三次重復(fù)性測(cè)試的相圖,相圖斜率代表了散射光由于電泳運(yùn)動(dòng)造成的頻率的偏移??梢酝ㄟ^(guò)圖中曲線(xiàn)看出,相圖斜率清晰,信噪比良好。
表1. Zeta電位結(jié)果
測(cè)試 | Zeta電位?。ǎ恚郑?/span> | |
樣品1 | 樣品2 | |
1 | -50.45 | -34.60 |
2 | -50.48 | -34.51 |
3 | -53.78 | -34.04 |
平均值 | -51.57 | -34.08 |
標(biāo)準(zhǔn)偏差 | 1.91 | 0.3 |
對(duì)于兩個(gè)樣品的3次重復(fù)性結(jié)果列于表1中,可以看到兩個(gè)石墨烯樣品在當(dāng)前溶液環(huán)境中Zeta電位為負(fù)值,說(shuō)明石墨烯顆粒表面攜帶負(fù)電。相對(duì)而言樣品1的Zeta電位絕對(duì)值更高,說(shuō)明在當(dāng)前溶液環(huán)境中樣品1表面的電荷密度更高。三次測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較好,說(shuō)明顆粒表面帶有較多電荷,懸浮液穩(wěn)定性較好。
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