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利用‘空间稳定化’稳定纳米粒子的机制

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空间稳定是一种能够解释某些添加剂抑制悬浮液凝固能力的机理。这些添加剂包括某些亲水聚合物和具有亲水链的表面活性剂。这些添加剂被认为覆盖了整个体系，使长环和长尾延伸到溶液中。即使在高盐浓度或表面zeta电位降低到接近零的条件下，空间稳定的体系也倾向于保持良好的分散性。空间稳定剂的有效性归因于当人们试图将聚合物链限制在较小体积时的热力学惩罚。另一种解释是，这种链子更加亲水，它们与水保持接触，而不愿与任何其他表面相互作用（除了它们一端附着在表面上）。空间稳定化的物理基础有两个，一是体积限制效应产生于2个靠近粒子表面间的区域的减小，二是渗透效应产生于2个粒子高浓度吸附聚合物分子层间的区域。

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利用这种添加配体的性质，我们得以让体系中的纳米粒子更加稳定。这种机制是这样的：
空间稳定化基于分子间的空间排斥作用或吸附在邻近粒子上的离子的作用。这些分子的大小和化学性质决定了其稳定程度。由于纳米颗粒周围的几何约束，大而笨重的分子提供了一种特别有效的稳定性，而细长或圆锥形的几何结构有利于将接近的纳米颗粒分开。
当稳定剂的长度明显长于纳米颗粒的特征尺寸时，可以形成一个球体来包裹纳米颗粒。因此，高分子量聚合物常被用作纳米粒子的稳定剂。
另一个重要的要求是，稳定剂必须在纳米粒子表面有足够强的吸附力，以提供较长的停留时间，并防止其自发解吸。当稳定剂提供多个吸附中心时，螯合作用可增加稳定剂保持吸附的可能性。
通常，化学吸附是吸附质与金属表面强结合的驱动力。价轨道比价电子多的金属有一个“不导电”的表面。因此，分子容易“捐赠”电子密度（即与自由电子孤对相关联的化学基团，例如二价硫、三价磷和三价氮部分或具有π电子的分子，例如芳香系统）通常在金属表面吸附非常强烈。大分子具有强吸附性，是稳定纳米颗粒的主要候选物质。

空间稳定的概念对纳米粒子的成功合成起着非常重要的作用。可能单纯的理论说明会不够直观，我们来看几个例子。
比如氟化配体在超临界CO 2中纳米晶体的立体稳定上的作用。在空间稳定系统中的关键是具有良好溶剂化的配体尾部，这些尾部延伸到溶剂中并提供必要的排斥力，以克服纳米晶体之间的范德华力吸引。在超临界CO 2中纳米晶体的立体稳定中，部分氟化纳米晶体在极性溶剂（例如丙酮和乙醇）中的分散性可以通过CH 2 -CF 2基团的大偶极矩来合理化，这会与极性溶剂产生大量的偶极-偶极相互作用，从而导致链化从粒子表面延伸。
又比如铁磁流体，这是悬浮在连续相中的小的单畴磁性颗粒的胶态分散体。铁磁流体通常具有磁性和流体特性，并已在生物和医学的各个领域找到了广泛的应用，例如酶和蛋白质固定化，放射性药物，磁共振成像，诊断，免疫测定，纯化，分离和受控的药物释放。完全通过静电排斥或表面活性剂双层稳定的磁性纳米颗粒分散体的使用受到其对诸如pH值和离子强度之类条件的敏感性的限制，并且对于改变颗粒的表面性质几乎没有影响。这在生物学应用中尤其重要，在这些应用中，这些颗粒将被施用到活生物体中，并且需要在中性pH和高离子强度下都非常稳定。对于这些环境，磁性纳米颗粒的稳定化可以通过用有机聚合物材料/表面活性剂涂覆颗粒表面来实现，由于弹性和渗透作用的结合，表面活性剂可在颗粒之间提供空间排斥。

如上，是对利用‘空间稳定化’稳定纳米粒子的机制的简单说明。

引用：

  1. M.G. Ivanov, D.M. Ivanov,
    Chapter 14 - Nanodiamond Nanoparticles as Additives to Lubricants,
    Editor(s): Olga A. Shenderova, Dieter M. Gruen,
    Ultananocrystalline Diamond (Second Edition),
    William Andrew Publishing,
    2012,
    Pages 457-492,
    ISBN 9781437734652,
    https://doi.org/10.1016/B978-1-4377-3465-2.00014-1.
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  2. G D Parfitt (deceased), H A Barnes,
    Chapter 6 - The dispersion of fine particles in liquid media,
    Editor(s): N Harnby, M F Edwards, A W Nienow,
    Mixing in the Process Industries,
    Butterworth-Heinemann,
    1992,
    Pages 99-117,
    ISBN 9780750637602,
    https://doi.org/10.1016/B978-075063760-2/50027-5.
    (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780750637602500275)

  3. Sherif Elbasuney,
    Sustainable steric stabilization of colloidal titania nanoparticles,
    Applied Surface Science,
    Volume 409,
    2017,
    Pages 438-447,
    ISSN 0169-4332,
    https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.03.013.
    (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433217306645)

  4. Optimized Steric Stabilization of Aqueous Ferrofluids and Magnetic Nanoparticles
    Nirmesh Jain, Yanjun Wang, Stephen K. Jones, Brian S. Hawkett, and Gregory G. Warr
    Langmuir 2010 26 (6), 4465-4472
    DOI: 10.1021/la903513v

  5. Alexander Kraynov and Thomas E. Müller (September 22nd 2011). Concepts for the Stabilization of Metal Nanoparticles in Ionic Liquids, Applications of Ionic Liquids in Science and Technology, Scott Handy, IntechOpen, DOI: 10.5772/22111.
    Available from:
    https://www.intechopen.com/books/applications-of-ionic-liquids-in-science-and technology/concepts-for-the-stabilization-of-metal-nanoparticles-in-ionic-liquids