Nanoscale adhesive forces between a

Nanoscale adhesive forces between a colloidal silica probe and a flat silica substrate were measured with an atomic force microscope (AFM) in a range of aqueous NaCl, CaCl2, and AlCl3 solutions, with concentrations ranging from 106 to 102 M at pH 5.1. Notably, the measured force curves reveal large pull-off forces in water which increase in electrolyte solutions, with jump-off-contact occurring as a gradual detachment of the probe from the flat substrate rather than as a sharp discontinuous

jump. The measured force curves also show that the number and size of the steps increase with concentration and notably with electrolyte valence. For the higher concentration and valence the steps become jumps. We propose that these nanoscale adhesive forces between mineral surfaces in aqueous solutions may arise from newly born cavities or persistent subnanometer bubbles. Formation of cavities or nanobubbles cannot be observed directly in our experiments; however, we cannot disregard them as responsible for the discontinuities in the measured force data. A simple model based on several cavities bridging the two surfaces we show that is able to capture all the features in the measured force curves. The silica surfaces used are clean but not intentionally hydroxylated, as contact angle measurements show, and as such may be responsible for the cavities.
2014 Elsevier Inc. All rights reserved.




1. Introduction
It is well known that silica suspensions exhibit remarkable stability at their isoelectric point [1] against coagulation and sedimentation [2,3] and low viscosity [1,4]. The short-range repulsion not predicted by DLVO theory [5,6] but usually observed in direct force measurements between silica surfaces arises from a surface-induced water effect, from the creation of a hydrogenbonding network at the surface level [4,7–24]. This short-range repulsion as well as the small attractive van der Waals forces for silica in water and in aqueous electrolyte solutions are likely responsible for the unusual stability of silica suspensions particularly at their isoelectric point. In the past this issue has been of interest to a wide range of processes involving transport and processing of silica slurries and pulps. Interest today is even greater considering that industry is moving fast toward higher solids loadings, and thus an appropriate control of rheological behavior and physicochemical stability of the suspensions is crucial to obtain fluidity and stability as desired. A great variety of experimental techniques have been used to characterize silica– silica interactions, however for assessing interaction forces between silica surfaces mediated by aqueous solutions the surface force apparatus (SFA) and the atomic force microscope (AFM) are the favorites. Here we are interested in the forces that arise in the separation of two silica surfaces after reaching direct contact. Given the repulsive character of the interaction in the approaching of the surfaces, one might expect a separation virtually free of hysteresis. This is true for the interaction in water [20,22,25,26] but not in aqueous electrolyte solutions [18,27–31]. Although the silica–silica system has been reinvestigated several times, interest has focused on approach force curves rather than on separation force curves, therefore adhesive forces have not always been observed [14,19,25–27,32–34]. It has been reported that adhesion between silica surfaces in water occurs only when the surfaces remain in contact for a long time [19] although according to Yaminsky et al. [25,26], after several days in water the strength of the adhesion decreases. Similar behavior is reported by Chapel [18]; silica adhesion in 0.1 M NaCl at pH 5.5 disappears after few observed that adhesion between silica surfaces increases with salt concentration, Freitas and Sharma [35] found no relationship between the concentration of electrolyte and the adhesion values between two silica surfaces, but Vakarelski et al. [36,37] and Fielden [38] did find such a dependency, adhesion values decrease with increasing electrolyte concentration. These are three groups of manuscripts arriving to three different results. The experimental evidence indicates that silica particle dispersion, aggregation and gelation depend on this elusive attractive force. The origin of such a force is of great and broad scientific interest, particularly because there is as yet no single explanation of its cause. This force is in excess to continuum van der Waals and electrical double-layer DLVO forces [5,6]. Here we use AFM to directly measure the adhesive force between silica surfaces in aqueous NaCl, CaCl2, and AlCl3 solutions, with concentrations ranging from 106 to 102 M at pH 5.1. Adhesive force measured between a colloidal silica probe and a silica substrate has unusual intensity and long range. In recent articles, Atkins et al. [29] and Guleryuz et al. [31] have reported long-range adhesive forces similar to ours explaining them as originated in the compressive contact and elastic deformation of the silica surfaces, contact forces however are too short range so as to be invoked to explain their measured forces. Our force curves reveal large pull-off forces in water and in electrolyte solutions, the jump-off-contact occurs as a gradual detachment of the probe from the flat substrate rather than as a sharp discontinuous jump. Ladder type force curves have been measured several times between hydrophobic surfaces (see for instance [38]) but not between silica surfaces. Formation of cavities cannot be observed directly in our experiments; however, we cannot discard them as responsible for the discontinuities in the measured force data. We propose a simple model based on several cavities bridging the two surfaces to explain the measured force data.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Nanoscale กองกาวระหว่างโพรบเป็น colloidal ซิลิก้าและพื้นผิวเป็นซิลิก้าแบนถูกวัด ด้วยการกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ในช่วงอควี NaCl, CaCl2 และ AlCl3 โซลูชั่น มีความเข้มข้นตั้งแต่ 106 102 M ที่ pH 5.1 ยวด เส้นโค้งวัดแรงเหมาะใหญ่ดึงออกกำลังในน้ำที่เพิ่มในอิเล็กโทรโซลูชั่น กับการ jump-off-ติดต่อเกิด เป็นปลดสมดุลของโพรบจากพื้นผิวแบนไม่ ใช่ เป็นความคมชัดแบบไม่ต่อเนื่อง

กระโดด บังคับให้วัดโค้งยังดูที่จำนวนและขนาดของขั้นตอนการเพิ่มความเข้มข้น และยวด กับอิเล็กโทรเวเลนซ์ ขั้นตอนกลายเป็น กระโดดสำหรับความเข้มข้นสูงและเวเลนซ์ เราเสนอว่า กองกำลังเหล่านี้กาว nanoscale ระหว่างพื้นผิวแร่ในโซลูชั่นอควีอาจเกิดขึ้นจากพัฒนาการที่เกิดใหม่หรือฟองอากาศแบบ subnanometer ไม่สามารถสังเกตการก่อตัวของพัฒนาการหรือ nanobubbles โดยตรงในการทดลองของเรา อย่างไรก็ตาม เราไม่ไม่สนใจพวกเขารับผิดชอบการ discontinuities ข้อมูลหน่วยวัด แบบง่าย ๆ ตามพัฒนาการหลายกาลผิวสองเราแสดงว่าสามารถจับภาพลักษณะการทำงานทั้งหมดในเส้นโค้งของแรงวัดได้ พื้นผิวซิลิกาที่ใช้ดี แต่ไม่ตั้งใจ hydroxylated รูปแสดงการวัดมุมติดต่อ และเช่นอาจรับผิดชอบการพัฒนาการ
2014 Elsevier Inc. สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมด.


1 แนะนำ
เป็นที่รู้จักกันดีว่า บริการซิลิกาแสดงความมั่นคงโดดเด่น ณจุดของ isoelectric [1] กับการแข็งตัวของเลือด และการตกตะกอน [2,3] และความหนืดต่ำ [1,4] Repulsion short-range ไม่ทำนาย โดยทฤษฎี DLVO [5,6] แต่มักจะพบในวัดโดยตรงแรงระหว่างพื้นผิวซิลิกาที่เกิดขึ้นจากผลเกิดจากพื้นผิวน้ำ จากการสร้างเครือข่าย hydrogenbonding ในระดับพื้นผิว [4,7-24] Repulsion นี้ short-range เป็นเล็ก ๆ น่าสนใจ van der Waals บังคับสำหรับซิลิกา ในน้ำ และอิเล็กโทรอควีโซลูชันมักชอบความมั่นคงปกติของบริการซิลิกาโดยเฉพาะจุดของ isoelectric ในอดีต ปัญหานี้ได้รับน่าสนใจหลากหลายของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการขนส่ง และการประมวลผลของซิลิก้า slurries และ pulps สนใจวันนี้เป็นยิ่งพิจารณาว่า อุตสาหกรรมมีการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วไปทางสูงของแข็ง loadings และตัวควบคุมที่เหมาะสมของลักษณะการทำงาน rheological และ physicochemical เสถียรภาพของการบริการจึงสำคัญเพื่อให้ได้ข้อสรุปและความมั่นคงเป็นที่ต้องการ การใช้เทคนิคการทดลองที่หลากหลายเพื่อกำหนดลักษณะการโต้ตอบที่ซิลิก้าซิลิก้า อย่างไรก็ตามสำหรับการประเมินการโต้ตอบ กองกำลังระหว่างพื้นผิวซิลิกา mediated โดยโซลูชั่นอควีเครื่องแรงผิว (SFA) และกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) เป็นรายการโปรด ที่นี่เรามีความสนใจในกองกำลังที่เกิดขึ้นในการแยกพื้นผิวซิลิกาที่สองหลังจากการติดต่อโดยตรงถึง รับตัวละคร repulsive ของการโต้ตอบในใกล้พื้นผิว หนึ่งอาจคาดหวังการแยกแทบไม่สัมผัส นี้เป็นจริงสำหรับการโต้ตอบ ในน้ำ [20,22,25,26] แต่ไม่ได้อยู่ ในโซลูชั่นอิเล็กโทรอควี [18,27-31] แม้ว่าระบบซิลิก้าซิลิก้ามีการ reinvestigated หลายครั้ง ดอกเบี้ยได้เน้นวิธีบังคับโค้งมากกว่าในเส้นโค้งแยกกองทัพ กองทัพดังนั้นกาวไม่เสมอได้พบ [14,1925-27,32-34] มีรายงานว่า การยึดเกาะระหว่างพื้นผิวซิลิกาในน้ำเกิดขึ้นเฉพาะ เมื่อพื้นผิวอยู่ในการติดต่อเป็นเวลานาน [19] แต่ตาม Yaminsky et al. [25,26], หลังหลายวันน้ำ แรงของการยึดเกาะลดลง ลักษณะการทำงานคล้ายกันมีรายงาน โดยโบสถ์ [18]; ยึดเกาะซิลิก้าใน 0.1 M NaCl ที่ pH 55 หายไปหลังจากไม่กี่สังเกตที่ยึดเกาะระหว่างเพิ่มพื้นผิวซิลิก้ามีความเข้มข้นเกลือ Freitas และ Sharma [35] พบไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของอิเล็กโทรและค่ายึดเกาะระหว่างพื้นผิวซิลิกาสอง แต่ Vakarelski et al. [36,37] และ Fielden [38] ได้ค้นหาอ้างอิงแบบ ลดค่าการยึดเกาะ ด้วยเพิ่มความเข้มข้นของอิเล็กโทร นี่คือความเป็นมาเพื่อผลลัพธ์ที่แตกต่างกันสามกลุ่มสาม หลักฐานการทดลองบ่งชี้ว่า กระจายตัวอนุภาคซิลิกา รวม และ gelation ขึ้นอยู่บนกองทัพนี้เปรียวที่น่าสนใจ จุดเริ่มต้นของแรงดังกล่าวเป็นอันยิ่งใหญ่ และกว้างทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเป็นยังไม่อธิบายถึงสาเหตุเดียว แรงนี้มีเกินไปสมิติ van der Waals และไฟฟ้าชั้นสอง DLVO บังคับ [5,6] ที่นี่เราใช้ AFM เพื่อวัดแรงยึดเกาะระหว่างพื้นผิวซิลิกาในอควี NaCl, CaCl2, AlCl3 โซลูชั่น และ กับความเข้มข้นตั้งแต่ 106 102 M ที่ pH 5.1 โดยตรง กาวแรงวัดโพรบเป็น colloidal ซิลิก้าและพื้นผิวซิลิกามีความเข้มผิดปกติและความ ในบทความล่าสุด al. et Atkins [29] และ Guleryuz et al. [31] ได้รายงานกาวพิสัยบังคับคล้ายกับเราอธิบายพวกเขาที่มาติดต่อ compressive และแมพยืดหยุ่นของพื้นผิวซิลิกา ติดต่ออย่างไรก็ตามกำลังช่วงสั้นเกินไปเพื่อให้สามารถเรียกอธิบายกองการวัด เส้นโค้งของแรงเหมาะใหญ่ดึงปิดบังคับน้ำ และอิเล็กโทรโซลู ชั่น jump-off-ติดต่อเกิด เป็นปลดสมดุลของโพรบจากพื้นผิวแบนไม่ ใช่กระโดดไม่ต่อเนื่องคม บันไดชนิดแรงโค้งมีการวัดหลายครั้งระหว่างพื้นผิว hydrophobic (ดูตัวอย่าง [38]) แต่ ระหว่างพื้นผิวซิลิก้าไม่ ก่อตัวของฟันผุที่ไม่สามารถสังเกตโดยตรงในการทดลองของเรา อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถละทิ้งเป็นชอบ discontinuities ข้อมูลหน่วยวัด เราเสนอแบบเรียบง่ายตามพัฒนาการหลายกาลผิวสองอธิบายข้อมูลวัดแรง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

กองกำลังกาวนาโนระหว่างสอบสวนซิลิกาคอลลอยด์และสารตั้งต้นซิลิกาแบนถูกวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ในช่วงน้ำโซเดียมคลอไรด์, CaCl2 และโซลูชั่น AlCl3 ที่มีความเข้มข้นตั้งแต่ 106-102 M ที่ pH 5.1 ยวดโค้งแรงที่วัดขนาดใหญ่ที่เผยให้เห็นกองกำลังดึงออกไปในน้ำที่เพิ่มขึ้นในการแก้ปัญหาของอิเล็กโทรกับกระโดดออกติดต่อที่เกิดขึ้นในขณะที่ออกทีละน้อยของหัวจากพื้นผิวแบนมากกว่าที่จะเป็นต่อเนื่องคมกระโดด เส้นโค้งแรงที่วัดนี้ยังแสดงให้เห็นว่าจำนวนและขนาดของขั้นตอนที่เพิ่มขึ้นกับความเข้มข้นและสะดุดตากับอิเล็กโทรไลจุ สำหรับความเข้มข้นสูงขึ้นและความจุขั้นตอนกลายเป็นกระโดด เราเสนอว่ากองกำลังเหล่านี้กาวนาโนระหว่างพื้นผิวแร่ในการแก้ปัญหาน้ำอาจเกิดขึ้นจากโพรงเกิดใหม่หรือฟอง subnanometer ถาวร การก่อตัวของฟันผุหรือ nanobubbles ไม่สามารถสังเกตเห็นได้โดยตรงในการทดลองของเรา แต่เราไม่สามารถปฏิเสธพวกเขาเป็นผู้รับผิดชอบในการไม่ต่อเนื่องในการข้อมูลที่วัดแรง รูปแบบที่ง่ายขึ้นอยู่กับหลายโพรงเชื่อมสองพื้นผิวที่เราแสดงให้เห็นว่ามีความสามารถในการจับคุณสมบัติทั้งหมดที่อยู่ในเส้นโค้งแรงที่วัด พื้นผิวซิลิกาที่ใช้มีความสะอาด แต่ไม่ hydroxylated เจตนาเช่นการวัดมุมสัมผัสแสดง, และเป็นเช่นนี้อาจต้องรับผิดชอบในการฟันผุ2014 เอลส์สงวนลิขสิทธิ์1 บทนำเป็นที่ทราบกันดีว่าสารแขวนลอยซิลิกาแสดงความมั่นคงที่น่าทึ่งที่จุด isoelectric ของพวกเขา [1] กับการแข็งตัวและการตกตะกอน [2,3] และความหนืดต่ำ [1,4] เขม่นระยะสั้นไม่ได้ตามคำทำนายของทฤษฎี DLVO [5,6] แต่มักจะตั้งข้อสังเกตในการวัดแรงโดยตรงระหว่างพื้นผิวซิลิกาเกิดขึ้นจากผลกระทบน้ำผิวดินเกิดจากการสร้างเครือข่าย hydrogenbonding ในระดับพื้นผิว [4,7 - 24] นี้เขม่นระยะสั้นเป็นที่น่าสนใจแวนเดอร์ Waals กองกำลังขนาดเล็กสำหรับซิลิกาในน้ำและอิเล็กโทรไลในการแก้ปัญหาน้ำมีแนวโน้มที่รับผิดชอบความมั่นคงสนองที่ผิดปกติของซิลิกาโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จุด isoelectric ของพวกเขา ในอดีตที่ผ่านมาปัญหานี้ได้รับความสนใจที่หลากหลายของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งและการประมวลผลของ slurries ซิลิกาและเละ ที่น่าสนใจวันนี้มีการพิจารณามากยิ่งขึ้นว่าอุตสาหกรรมที่มีการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วไปยังที่สูงขึ้นแรงของแข็งและทำให้การควบคุมที่เหมาะสมของพฤติกรรมการไหลและความมั่นคงทางเคมีกายภาพของสารแขวนลอยเป็นสิ่งสำคัญที่จะได้รับการไหลและความมั่นคงตามที่ต้องการ ความหลากหลายที่ดีของเทคนิคการทดลองที่ได้รับการใช้ลักษณะปฏิสัมพันธ์ซิลิกาซิลิกา แต่กองกำลังสำหรับการประเมินการทำงานร่วมกันระหว่างพื้นผิวซิลิกาไกล่เกลี่ยโดยสารละลายเครื่องแรงพื้นผิว (SFA) และกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) เป็นรายการโปรด ที่นี่เรามีความสนใจในกองกำลังที่เกิดขึ้นในการแยกของพื้นผิวสองซิลิกาหลังจากถึงการสัมผัสโดยตรง ให้ตัวละครที่น่ารังเกียจของการมีปฏิสัมพันธ์ในการแสวงหาของพื้นผิวอย่างใดอย่างหนึ่งอาจคาดหวังการแยกปราศจาก hysteresis นี้เป็นจริงสำหรับการทำงานร่วมกันในน้ำ [20,22,25,26] แต่ไม่ได้อยู่ในการแก้ปัญหาน้ำอิเล็กโทรไล [18,27-31] แม้ว่าระบบซิลิกาซิลิกาที่ได้รับการ reinvestigated หลายครั้งที่น่าสนใจมีความสำคัญกับวิธีการบังคับเส้นโค้งมากกว่าเส้นโค้งแรงแยกดังนั้นกองกำลังกาวยังไม่ได้มักจะถูกตั้งข้อสังเกต [14,19,25-27,32-34] มันได้รับรายงานว่าการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวซิลิกาในน้ำเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อพื้นผิวที่อยู่ในการติดต่อเป็นเวลานาน [19] แม้ว่าตาม Yaminsky ตอัล [25,26] หลังจากที่หลายวันในน้ำความแข็งแรงของการยึดเกาะลดลง พฤติกรรมที่คล้าย ๆ กันคือการรายงานจากโรงพยาบาล [18]; ซิลิกาการยึดเกาะใน 0.1 M NaCl ที่ pH 5.5 จะหายไปหลังจากนั้นไม่กี่ข้อสังเกตว่าการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวซิลิกาเพิ่มขึ้นกับความเข้มข้นของเกลือตาและชาร์ [35] พบความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของอิเล็กโทรและค่าการยึดเกาะระหว่างสองพื้นผิวซิลิกาไม่มี แต่ Vakarelski ตอัล . [36,37] และ Fielden [38] ไม่พบเช่นการพึ่งพาค่าการยึดเกาะที่มีความเข้มข้นลดลงอิเพิ่มขึ้น เหล่านี้เป็นสามกลุ่มของต้นฉบับมาถึงผลลัพธ์ที่แตกต่างสาม หลักฐานการทดลองแสดงให้เห็นว่าการกระจายตัวของอนุภาคซิลิกาการรวมตัวและการเกิดเจลขึ้นอยู่กับความแรงที่น่าสนใจนี้เข้าใจยาก ที่มาของแรงดังกล่าวเป็นที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่ดีและกว้างโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะมีที่ยังไม่มีคำอธิบายเดียวของสาเหตุของ แรงนี้อยู่ในส่วนเกินที่จะต่อเนื่องแวนเดอร์และเครื่องใช้ไฟฟ้าชั้นสองกองกำลัง DLVO [5,6] ที่นี่เราใช้ AFM ในการวัดโดยตรงแรงกาวระหว่างพื้นผิวซิลิกาในน้ำโซเดียมคลอไรด์, CaCl2 และโซลูชั่น AlCl3 ที่มีความเข้มข้นตั้งแต่ 106-102 M ที่ pH 5.1 แรงกาววัดระหว่างสอบสวนซิลิกาคอลลอยด์และสารตั้งต้นซิลิกามีความรุนแรงผิดปกติและระยะยาว ในบทความที่ผ่านมาแอตกินส์และอัล [29] และ Guleryuz ตอัล [31] ได้รายงานระยะยาวกองกำลังกาวคล้ายกับของเราอธิบายพวกเขาเป็นมาในการติดต่อและการเปลี่ยนรูปอัดยืดหยุ่นของพื้นผิวซิลิกากองกำลังติดต่อ แต่เป็นช่วงสั้นเกินไปเพื่อที่จะถูกเรียกที่จะอธิบายกองกำลังของพวกเขาวัด เส้นโค้งแรงของเราเผยให้เห็นกองกำลังขนาดใหญ่ที่ดึงออกไปในน้ำและอิเล็กโทรไลในการแก้ปัญหาที่กระโดดออกติดต่อเกิดขึ้นเป็นกองทยอยสอบสวนจากพื้นผิวแบนแทนที่จะเป็นกระโดดต่อเนื่องคม เส้นโค้งประเภทบันไดกำลังได้รับการวัดหลายครั้งระหว่างพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำ (ดูตัวอย่างเช่น [38]) แต่ไม่ระหว่างพื้นผิวซิลิกา การก่อตัวของฟันผุไม่สามารถสังเกตเห็นได้โดยตรงในการทดลองของเรา แต่เราไม่สามารถทิ้งพวกเขาเป็นผู้รับผิดชอบในการไม่ต่อเนื่องในการข้อมูลที่วัดแรง เรานำเสนอรูปแบบที่ง่ายขึ้นอยู่กับหลายโพรงเชื่อมสองพื้นผิวที่จะอธิบายข้อมูลแรงวัด

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

กองกำลังกาวนาโนสเกลระหว่างสอบสวนซิลิกาคอลลอยด์และพื้นผิวซิลิกาแบนถูกวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม ( AFM ) ในช่วงของสารละลาย NaCl CaCl2 และ alcl3 โซลูชั่นที่มีความเข้มข้นตั้งแต่ 106 102 เมตร ที่ pH 5.1 ยวด , วัดแรงโค้งเปิดเผยขนาดใหญ่ดึงออกบังคับในน้ำซึ่งเพิ่มเกลือแร่โซลูชั่นกับกระโดดออกติดต่อที่เกิดขึ้นค่อยๆ ปลดของ probe จากแบนพื้นผิวแทนที่จะเป็นคมไม่ต่อเนื่อง

กระโดด วัดแรงโค้งยังแสดงให้เห็นว่า จำนวนและขนาดของขั้นตอนที่เพิ่มความเข้มข้นและสะดุดตากับอิเล็กโทรเวเลนซ์ . สำหรับความเข้มข้น และ 2 ขั้นตอน จะกระโดดเราเสนอว่า กองกำลังเหล่านี้ nanoscale กาวระหว่างพื้นผิวแร่ในสารละลายอาจเกิดจากฟันผุหรือเกิดใหม่ฟอง subnanometer ถาวร การเกิดฟันผุ หรือ nanobubbles ไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงในการทดลองของเรา แต่เราไม่สามารถปฏิเสธพวกเขาเป็นผู้รับผิดชอบต่างๆในวัดแรงข้อมูลรูปแบบที่เรียบง่ายตามหลายโพรงเชื่อมสองพื้นผิวที่เราแสดงให้เห็นว่าสามารถที่จะจับคุณสมบัติทั้งหมดในวัดแรงโค้ง ซิลิก้า พื้นผิวที่ใช้สะอาด แต่ไม่จงใจ hydroxylated , การวัดมุมสัมผัสแสดง , และเป็นเช่นอาจจะรับผิดชอบต่อ cavities .
2014 Elsevier Inc สงวนสิทธิ์ทั้งหมด




1 บทนำ
มันเป็นที่รู้จักกันดีว่าซิลิกามีเสถียรภาพที่จุดไอโซอิเล็กทริกสารแขวนลอยที่น่าทึ่งของพวกเขา [ 1 ] กับการและการตกตะกอน [ 2 ] และ [ ความหนืดต่ำ 1 , 4 ] ระยะสั้นไม่ทำนายโดยทฤษฎี DLVO การขับไล่ [ 5 , 6 ] แต่มักจะพบในการวัดแรงโดยตรงระหว่างพื้นผิวซิลิกาที่เกิดขึ้นจากผิวขาดน้ำผลจากการสร้างของ hydrogenbonding เครือข่ายในระดับพื้นผิว 4,7 – [ 24 ] นี้ระยะสั้นการขับไล่รวมทั้งขนาดเล็กมีเสน่ห์แรงแวนเดอร์วาลส์ซิลิกาในน้ำและสารละลายอิเล็กโทรไลต์ โซลูชั่น มีโอกาสรับผิดชอบความมั่นคงของซิลิกาช่วงล่างโดยเฉพาะผิดปกติที่จุดไอโซอิเล็กทริกของพวกเขาในอดีต ปัญหานี้ได้รับความสนใจที่หลากหลายของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งและการประมวลผลของ slurries ซิลิกาและเยื่อ . ดอกเบี้ยวันนี้ยิ่งพิจารณาว่าอุตสาหกรรมจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง loadings ต่อของแข็ง ,ดังนั้น การควบคุมที่เหมาะสมของพฤติกรรมการไหลและเสถียรภาพทางเคมีกายภาพของสารแขวนลอยเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ข้อสรุปและความมั่นคงตามที่ต้องการ หลากหลายเทคนิคการทดลองได้ใช้ซิลิกาซิลิกาลักษณะและปฏิสัมพันธ์อย่างไรก็ตาม สำหรับการประเมินปฏิสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวซิลิกาโดยกองกำลังระดับสารละลายพื้นผิวบังคับอุปกรณ์ ( SFA ) และกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม ( AFM ) เป็น รายการโปรด ที่นี่เรามีความสนใจในพลังที่เกิดขึ้นในการแยกสองส่วนพื้นผิวหลังจากการติดต่อโดยตรง ให้ตัวละครที่น่ารังเกียจของปฏิสัมพันธ์ในใกล้ของพื้นผิวหนึ่งอาจคาดหวังการแยกจริงฟรีของแบบ . นี้เป็นจริงสำหรับปฏิสัมพันธ์ในน้ำ [ 20,22,25,26 ] แต่ไม่ใช่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ 18,27 โซลูชั่น [ 31 ] แม้ว่า–ซิลิกาซิลิการะบบได้รับการสอบสวนใหม่หลายครั้ง ความสนใจได้มุ่งเน้นวิธีการบังคับโค้งมากกว่าการบังคับโค้งดังนั้นกาวบังคับไม่ได้เสมอ [ 14,19 ) ,25 – 27,32 – 34 ) มันได้รับรายงานว่า การยึดติดระหว่างผิวซิลิกาในน้ำเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อพื้นผิวยังคงติดต่อเป็นระยะเวลานาน [ 19 ] แม้ว่าตาม yaminsky et al . [ 25,26 ] หลังจากที่หลายวันในน้ำแรงของการยึดเกาะลดลง พฤติกรรมที่คล้ายกันคือ รายงานของโบสถ์ [ 18 ] ; สารยึดเกาะใน 0.1 M NaCl ที่ pH 55 หายไปหลังจากไม่กี่ สังเกตว่า การยึดติดระหว่างซิลิกากับพื้นผิวเพิ่มความเข้มข้นเกลือ เฟรย์ตัส Sharma [ 35 ] และไม่พบความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์และการยึดติดค่านิยมระหว่างสองพื้นผิวซิลิกา แต่ vakarelski et al . [ 36,37 ] และ [ 38 ] เจอฟิลเดิ้นเช่นการพึ่งพา ยึดติดค่านิยมลดลง ด้วยการเพิ่มอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นเหล่านี้เป็นสามกลุ่มต้นฉบับถึงสามผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน หลักฐานการทดลอง พบว่า อนุภาคซิลิกา การกระจาย การรวมและการเกิดเจลขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดนี้เปรียว ที่มาของแรงคือของที่ดีและวิทยาศาสตร์สนใจในวงกว้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะมันยังไม่มีคำอธิบายเดียวของสาเหตุของปัญหาแรงนี้เป็นส่วนเกินเพื่อความต่อเนื่องแวนเดอวาลส์และไฟฟ้าสองชั้น DLVO บังคับ [ 5 , 6 ] ที่นี่เราใช้ AFM ตรงวัดกาวแรงระหว่างพื้นผิวซิลิกา ในสารละลาย NaCl CaCl2 และ alcl3 โซลูชั่นที่มีความเข้มข้นตั้งแต่ 106 102 เมตร ที่ pH 5.1 กาวแรงวัดระหว่างสอบสวนซิลิกาคอลลอยด์และสารซิลิกามีความรุนแรงผิดปกติและช่วงยาวในบทความล่าสุด , Atkins et al . [ 29 ] และ guleryuz et al . [ 31 ] มีรายงานการยิงกาวบังคับคล้ายคลึงกับของเราอธิบายพวกเขามาในการติดต่อกำลังและการเสียรูปของซิลิกา surfaces ติดต่อกองกำลังอย่างไรก็ตามมีช่วงที่สั้นเกินไป เพื่อที่จะเรียกอธิบายการวัดหน่วยเส้นโค้งแรงของเราเปิดเผยขนาดใหญ่ดึงออกกําลัง ในน้ำและในวับๆ กระโดดออกติดต่อที่เกิดขึ้นค่อยๆ ปลดของ probe จากหลากหลายแบนแทนที่จะเป็นคมหยุดกระโดด บันไดชนิดแรงโค้งวัดได้หลายครั้งระหว่างพื้นผิวไฮโดรโฟบิก ( เห็นตัวอย่าง [ 38 ] ) แต่ระหว่างพื้นผิวซิลิกาการเกิดฟันผุไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงในการทดลองของเรา แต่เราไม่สามารถละทิ้งการเป็นผู้รับผิดชอบในความไม่ต่อเนื่องในการวัดแรงข้อมูล เราเสนอโมเดลอย่างง่าย ใช้หลายโพรงเชื่อมสองพื้นผิวเพื่ออธิบายแรง
วัดข้อมูล