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原子力显微镜应用于矿物表面疏水性研究

栏目:行业新闻 发布时间:2022-04-14

表面性质的研究是本世纪的研究热点,在科学和工业应用中具有重要的意义,在矿物工程以及化学工程中的吸附、表面力和分子间作用力、气泡兼并、颗粒团聚和絮凝等方面具有广阔的应用前景。在过去25年中,Miller院士实验室和其他实验室致力于发展从分子水平研究物质结构和组成,以及固/气、固/液以及固/固界面的表面技术。

原子力显微镜主要是根据探针(Tip)与物质样品表面的相互作用(包括化学和物理的相互作用)对样品表面进行表征的,所以原子力显微镜可以用来对样品表面的化学和物理性质进行研究。不像扫描电子显微镜等仪器会受样品导电性和真空环境的限制,AFM可以在空气、液体、真空环境及不同的温度下对样品进行研究,加上原子和分子级别的高分辨率使其在不同科学研究领域中得到了广泛的应用,包括物理化学、表面化学、生物工程和材料科学等领域。

原子力显微镜在矿物表面疏水性研究中的应用浮选是基于有用矿物和脉石矿物表面疏水性差异进行分离的过程,矿物表面疏水性一般可通过接触角和接触时间测定等方法表征。但高岭石、伊利石等黏土矿物均为亚微米级的颗粒,受到样品尺寸的限制无法直接测定此类矿物的疏水性。原子力显微镜可用于纳米颗粒表面性质特别是疏水性的表征。

利用原子力显微镜技术测定疏水力时,通常以大小为5-50um、经化学疏水化的圆形颗粒为胶体探针(colloidaltip),但是这种技术不能获取高分辨的图像及表面力测量,同时用于疏水化针尖的化学药剂也会影响表面力测量结果。Yin以具有天然疏水性的DLC(DiamondLikeCarbon)原子力显微镜探针,开发了一种用于纳米颗粒表面疏水作用力测定的原子力显微镜新方法。

在此类研究中,选择弹簧常数为0.2N/m的DLC原子力显微镜探针,DLC针尖的场发射扫描电镜图(针尖半径为15~20nm)。为消除静电作用的影响,测定应该在DLC针尖等电点pH4条件下进行。通过DLC针尖与用硅烷溶液疏水化的石英基底样品1和样品2(前进接触角分别为104°和72°)的疏水作用力测定,验证了这种方法的可靠性。