簡介
離子型表面活性劑在水中電離後，表面活性劑分子電離成兩部分：一部分具有表面活性，另一部分稱為反離子。反離子在溶液中受到兩個方向相反的作用：1.膠體粒子表面被吸附的離子的引力，力圖將它們拉向接口；2.離子本身的熱運動，使它離開接口而擴散到溶液中去，其結果會使反離子在膠粒表面外呈平衡分布：靠近界面處反離子濃度大些；隨著與接口距離的增大，反離子由多到少，形成擴散分布。如此一來，若以MN代表粒子的平表面，則膠體粒子周圍分別有相同與相反的電荷包圍，以帶負電的膠體粒子為例，顆粒的外圍將吸附一層高電荷密度的正電荷離子，並參雜少數負電荷離子，此層稱為固定層；固定層以外，愈往外拉大距離，正電荷將逐漸減少，負電荷則持續增加，直到接口負電荷電力所不及處，正負電荷兩者所構成的淨電位為零，這個區域稱為擴散層；此二層稱為Gouy-Chapman雙電層或diffuse electric double layer(中譯為擴散電雙層、電雙層或擴散雙電層)。電雙層的厚度隨溶液中離子濃度和電荷數而不同。
實驗
擴散電雙層實驗證明，溶膠粒子在電場下與溶液發生相對移動時，分接口不是在固液接口MN處，而是有一層液體牢固地附在固體表面，並隨表面運動。按電泳算出的就是此滑動面上的電勢，稱電動電勢或 ζ-電勢。
ζ-電勢除受決定電勢的離子濃度影響外，還與溶液中其它電解質的濃度有關。當電解質濃度增加時，擴散層被壓縮、變薄，減低了斥力電位，因而使能障降低，在特定距離內顆粒間的合力可為吸引力，因而可增加凝聚的速度；同時某些具有特異性吸附能力的離子加入後，還可使 ζ-電勢符號改變。一般來說，反離子進入吸附層越多，ζ-電位越小，吸附層水化膜變薄，膠體越不穩定。
起源
整個擴散電雙層理論這個概念最早源於電化學的等電容模式，1853年Helmholtz 針對膠體懸浮系統的研究中，構想一個等電容模式分離陰離子和陽離子來解釋界面膠體粒子與電解質之間的性質。透過電極表面上電荷分布的情形，Helmholtz認為溶液中之陽離子會因電極表面帶負電，形成類似平行板電容器之界面。1910年Gouy與1913年Chapman提出電荷擴散區模式的推演並改進了Helmholtz的學說。此後一個世紀以來一直有許多新的學說和模型來修正擴散電雙層理論。此一理論也為影響近代電化學、膠體化學與表面化學等現象探討非常重要的學說。 以膠體化學而言，自然界經常存在的溶液相環境，當中顆粒與水相之間的接口便時常受到此一擴散電雙層的影響。以土壤溶液為例，擴散電雙層的厚度會受到介電常數、溶液離子濃度、溶液中離子價等參數影響，當溶液之離子濃度提高、離子價增加、或介電常數減小時，粘土的擴散電雙層厚度將減小。此部分常牽涉到黏土顆粒是否產生Flocculated structure的問題，當Flocculated structure產生，黏土之滲透係數增加，將導致黏土失去原來截留污染物的效能。因此擴散電雙層的效應也可直接影響到。
