纳米材料因其物理和化学性质，在生物医学、材料科学、化学分析和环境科学等领域展现出应用潜力。然而，纳米材料的高比表面积和高活性也带来了保存和分散的挑战。这些材料在分散液中长时间放置时，容易发生聚集、沉淀，导致粒径增大，甚至析出，严重影响其性能和应用效果。传统的保存方法通常是将纳米材料进行真空干燥，得到固体粉末，但这种方法存在明显的局限性：一方面，干燥后的纳米材料难以重新分散，尤其是在需要快速复溶的场景中；另一方面，对于一些对高温敏感的纳米材料，真空干燥可能会导致材料性能的退化或结构破坏。为了克服这些难题，西安瑞禧生物技术有限公司经过多年研发，推出了一种具有普适性的可冻融分散液。这种分散液为纳米材料的保存和使用提供了一种全新的解决方案，能够有效解决纳米材料在保存和分散过程中的问题。

可冻融分散液保存技术的原理

防止纳米颗粒团聚

纳米颗粒具有较大的比表面积和表面能，在溶液中极易发生团聚。可冻融分散液通过添加分散剂和表面活性剂，改变纳米颗粒表面的化学性质和亲疏水性，从而在纳米颗粒表面形成一层保护膜，阻止颗粒之间的直接接触和团聚。同时，分散液中的溶剂分子能够与纳米颗粒表面相互作用，形成溶剂化层，进一步稳定纳米颗粒的分散状态。

降低冰晶形成对纳米颗粒的损伤

在冷冻过程中，水溶液中会形成冰晶，冰晶的生长和膨胀可能会对纳米颗粒造成机械损伤，导致颗粒破碎或形貌改变。可冻融分散液中通常添加了醇类、酮类等低冰点溶剂，这些溶剂能够降低分散液的冰点，减少冰晶的形成。即使有冰晶形成，由于溶剂的存在，冰晶的生长速度也会减慢，冰晶的尺寸也会减小，从而降低了冰晶对纳米颗粒的损伤。

抑制纳米颗粒的氧化和降解

某些纳米材料在空气中或水溶液中容易发生氧化和降解反应，导致其性能下降。可冻融分散液中的溶剂和添加剂可以形成一种相对稳定的环境，减少纳米颗粒与氧气、水分等氧化性物质的接触，从而抑制纳米颗粒的氧化和降解。例如，一些醇类溶剂具有良好的抗氧化性能，能够保护纳米颗粒免受氧化损伤。

可冻融分散液保存技术的机制

物理吸附与空间位阻效应

分散剂和表面活性剂在纳米颗粒表面的物理吸附是可冻融分散液稳定纳米颗粒的重要机制之一。分散剂分子通过范德华力、静电作用等吸附在纳米颗粒表面，形成一层吸附层。这层吸附层不仅可以改变纳米颗粒表面的电荷性质，增加颗粒之间的静电排斥力，还可以通过其长链结构产生空间位阻效应，阻止颗粒之间的靠近和团聚。当纳米颗粒试图相互靠近时，吸附在颗粒表面的分散剂分子会相互排斥，从而保持纳米颗粒的分散状态。

溶剂化作用

溶剂分子与纳米颗粒表面的相互作用也是可冻融分散液稳定纳米颗粒的关键机制。溶剂分子可以通过氢键、范德华力等作用与纳米颗粒表面结合，形成溶剂化层。溶剂化层的存在可以降低纳米颗粒的表面能，减少颗粒之间的吸引力。同时，溶剂化层还可以起到缓冲作用，当纳米颗粒受到外力作用时，溶剂化层可以吸收部分能量，保护纳米颗粒不受损伤。

冰晶生长调控

在冷冻过程中，可冻融分散液中的低冰点溶剂和添加剂可以调控冰晶的生长。低冰点溶剂能够降低分散液的冰点，使溶液在较低的温度下才开始结冰。同时，这些溶剂还可以吸附在冰晶表面，抑制冰晶的生长和聚集。添加剂如抗冻蛋白等可以与冰晶表面特异性结合，改变冰晶的生长习性，使其形成细小、均匀的冰晶，减少对纳米颗粒的损伤。

实际应用案例

MXenes 纳米材料的冷冻保存

MXenes 是一类二维纳米材料，具有良好的导电性和储能性能，但其在水中容易氧化。通过冷冻保存 Ti₃C₂Tx MXene 水性分散液的方法，发现冷冻分散液中的 Ti₃C₂Tx 纳米片在 650 天以上的保存期限中，可以保持形貌和元素组成的一致。与新合成的 MXene 相比，冷冻分散液中的 MXene 氧化程度明显降低，证明了冷冻保存的 MXene 分散液是一种简单有效的方式，可用于长期保存 MXene 水系分散液。

石墨烯等二维纳米粉体的冷冻保存

一种冷冻保存二维纳米粉体分散液的方法采用低温液态气体迅速冻结分散液来实现对二维纳米粉末固态保存的目的。以 30%体积比例的异丙醇与水混合溶液作为溶剂，将制备好石墨烯分散液通过液氮快速冷冻，冻粉在冰箱冷冻室约 -18℃储存 1 个月后解冻，测试表明石墨烯几乎不存在团聚及再堆叠问题。该方法无需改变材料自身结构，工艺简单、操作简便以及成本低。

纳米材料的可冻融分散液保存技术通过防止纳米颗粒团聚、降低冰晶形成对纳米颗粒的损伤以及抑制纳米颗粒的氧化和降解等原理，实现了纳米材料的长期稳定保存。其物理吸附与空间位阻效应、溶剂化作用以及冰晶生长调控等机制为纳米颗粒在分散液中的稳定提供了保障。在实际应用中，可冻融分散液技术已经在多种纳米材料的保存中取得了良好的效果，为纳米材料的研究和应用提供了有力支持。随着技术的不断发展，可冻融分散液保存技术有望在更多领域得到应用，推动纳米科学技术的进一步发展。