在陶瓷浆料、电池电极浆料、CMP抛光液、喷墨墨水等分散体系中，固体微粒能否稳定地分散在液体中，而非沉降或结块，直接决定了产品的性能、质量与寿命。因此，表征和调控分散体系的稳定性，成为生产和研发中至关重要的一环。Zeta电位作为衡量颗粒间互相作用力的重要参数，已经成为评估体系稳定性的关键指标。

Zeta电位是什么？

根据目前应用最广泛的描述溶液中微粒带电性质的理论——Stern双电层理论，当带电颗粒分散在水中时，其表面会形成吸附双电层。颗粒表面会先吸附带相反电荷的离子形成一个紧密层，并且在紧密层外形成了一个由负电荷和正电荷组成的扩散层。

固体颗粒和液体介质之间发生相对移动的界面叫做滑动面，Zeta电位（ζ）表示该颗粒-液体界面的势能。Zeta电位的大小反映了颗粒的带电程度，其绝对值越高表明颗粒表面的双电层越厚，颗粒间的静电排斥力也就越大。

带正电悬浮粒子的电势分布

为什么Zeta电位如此重要？

Zeta电位的重要意义在于它的数值与胶态分散的稳定性相关，是对颗粒之间相互排斥或吸附的强度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta电位的绝对值（正或负）越高，体系越稳定。当Zeta电位（正或负）越低，胶体越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力。

Zeta电位与胶体稳定性的关系

Zeta电位的测量方法

1、流动电位法

液体在带电表面流动时，由于双电层的形成，流动引起的电场会导致带电的离子在液体中重新分布，从而在流体中形成一个电位差。流动电位法正是通过测量这一电位差，进而推算出样品的Zeta电位。

流动电位法适合测量固体表面、膜表面、造纸厂纸浆的Zeta电位。

·优点：测量方便快捷，可以随时取样并进行测量；

·缺点：设备修正因子的计算依赖于多个因素，如电导率、流体的粘度、颗粒的几何形状等，测量精度低。在复杂溶液条件（如高浓度电解质、强酸或强碱）以及纳米级颗粒测量中误差较大。

流动电位法结构(a)和测量池(b)示意图

2、电声法

电声法是通过利用已有的声阻抗、声速和分散相粒度测量Zeta电位。适合用于分析高浓度胶体溶液和那些光散射性能相对较弱的溶液。

·优点：可对高浓度胶体溶液及较为混浊的样本如纸浆等进行检测；

·缺点：部分颗粒物的电位信号可能被电声探针吸收，测量结果比真实数值偏小。待测样品的浓度较低时，电声法的可复现性表现一般。

 电声法测Zeta电位的测量系统示意图

3、电泳光散射法

电泳光散射法是基于多普勒效应的原理，在外加电场的作用下，带电颗粒发生定向运动，光束照射到颗粒上时会引起光的频率或相位变化，通过测量光的频率变化来确定颗粒的电泳速度，从而推算出Zeta电位。

电泳光散射法测量装置示意图

·优点：可以根据散射光与参考信号之间的多普勒频率从而推算出Zeta电位。

·缺点：若粒子的移动速度较低将引发电极的极化问题；外加电场强度较大可能会影响液体的焦耳热、电导率，从而影响测量的准确性。

4、相位分析光散射法

基于电泳原理，相位分析光散射法通过测量光的相位变化而不是频移变化，从而减少电场强度对液体性质的影响。

相位分析光散射法结构示意图

·优点：可以在短时间内即可探测到足够的散射光信号相位差，其分辨率显著高于电泳光散射法，已成为全球范围内主流用于测量纳米微粒Zeta电位的方法。

·缺点：测量样本浓度过高时，大颗粒的光信号容易阻挡小颗粒的光信号，从而导致迁移率测量误差增大。

5、库尔特法Zeta电位测量方法

也称为电阻法、电脉冲法或电感应技术，原理为粒子通过微流芯片时，会产生电泳波动信号，可分析波动信号产生的脉冲宽度，得到有关微粒尺寸、密度以及Zeta电位的相关信息。

电流脉冲信号图

·优点：直接测量电学特性，如电阻变化和电流脉冲的实际值，提供准确且可追溯的测量结果，能在不同的实验条件和环境下保持一致性；可以实现单颗粒的Zeta电位测量，拥有极高的分辨率和测量精度；克服光学原理中测量样品的折射率、吸光度等限制。

·缺点：对待测样品的要求很高。最大粒度不能超过芯片孔径；电导率需要较高；为避免信号重叠和确保测量的准确性，样品需要进行稀释处理。

小结

Zeta电位反映了颗粒之间相互排斥或吸附的强度的度量，是表征分散体系稳定性的核心指标。基于对Zeta电位的检测，可有效判定、指导改善分散体系中纳米颗粒的稳定性，对于实际的研究、生产、应用具有重要的意义。

粉体圈七七