咪唑类表面活性离子液体参与构建光流变流体的研究

The photorheological fluid is a solution system, which rheological properties can be conveniently controlled by light. It is generally constructed by surfactants and photo-responsive compounds through the molecular interactions. It has shown great potential applications in the photochemistry and microfluids. At present, the quaternary ammonium surfactant is mainly used to construct the photorheological fluids. The systematic and deep understanding is limited in the choice and use of surfactants. In this item, we intend to synthesize a series of surface active imidazolium ionic liquids (ILs) and then mix with photo-responsive compounds to construct photorheological fluids through different interactions between them, such as hydrogen bonding, electrostatic, and hydrophobic interactions. The effects of a series of factors including molecular structures, compositions, and external conditions (temperature, pH value, and so on) on the properties of photorheological fluids are to be investigated systemically by different experimental methods. The obtained results can help us understand the actions and synergic interactions between the different molecules and it may also provide an effective way for constructing and regulating varied photorheological fluids.These research works can widen the application of surfactants in the construction of photorheological fluidsand help understand the basic issues and related laws in the supermolecular chemistry and self-assembly field, which is quite useful and of great importance.

光流变流体是利用光可以对溶液流变性质进行调控的体系，由表面活性剂和光敏性化合物通过分子间相互作用力构建而成，近几年在光化学和微流体等领域展现了巨大的潜力。目前，人们主要利用季铵盐型表面活性剂来构建光流变流体，在表面活性剂的选择和使用上还缺乏系统和深入的认识。 本项目拟设计合成修饰不同基团的咪唑类表面活性离子液体，将其与光敏性化合物混合，利用分子间的氢键、静电、亲/疏溶剂等相互作用力构建光流变流体。借助不同实验手段，系统研究分子结构、组成及外界因素（温度、pH值等）等对光流变流体的调控作用，探究光流变流体形成过程中不同分子的相互作用机制及各类相互作用力的协同效应，寻求简便、有效地调控光流变流体性质的方法和途径。相关研究工作的开展能够拓宽表面活性剂在构建光流变流体的应用，加深对超分子化学和自组装领域中基本问题和有关规律的了解，具有重要的理论意义和实践价值。

针对光流变流体如何构筑及光调控机制的难题，本项目拟通过设计合成系列氮杂环类表面活性剂，构建光流变流体，揭示氮杂环类表面活性剂构筑光流变流体的构效规律，为智能调控型流体的设计和构建提供新的思路。首先合成了系列氮杂环类表面活性剂，亲水头基主要包括咪唑类、哌啶类、吡咯类、吗啉类、氨基酸类，疏水尾链包括十二烷基、十四烷基、十六烷基、油酸基、芥酸基等，并完成红外光谱和核磁共振谱的表征。对于结构较为新颖的氮杂环类表面活性剂，首先应对其基本理化性质进行研究，例如在气液界面表界面活性和吸附特性；研究发现哌啶溴化物和吗啉溴化物均展现了较好的表面活性，阐明了表面活性剂在溶液中形成胶束的驱动力，并结合分子模拟的手段对胶束的形成规律进行了研究。另外，通过在吡咯类表面活性剂体系中引入月桂酸钠（SL），可以形成蠕虫状胶束，通过流变测试可知，影响蠕虫胶束体系黏弹性的主要因素为温度和SL的浓度，通过cryo-TEM图直观的观察到蠕虫胶束结构，并揭示了疏水相互作用力和正负电荷静电吸引力为蠕虫状胶束形成的主要驱动力，这也为我们设计并构筑光流变流体提供了思路。因此，我们分别选择1-十六烷基-3-甲基咪唑溴化物和N-十六烷基-N甲基吡咯溴化物，加入光敏型助剂反式临甲氧基肉桂酸（trans-OMCA），均成功构筑了光流变流体，所用表面活性剂和trans-OMCA在水溶液中均自组装形成具有良好黏弹性的蠕虫状胶束体系，经紫外光照射后，OMCA分子会发生顺反异构现象，使表面活性剂/trans-OMCA体系的几何结构发生变化，蠕虫胶束转换成棒状或球状胶束，揭示了光流变流体调控的机制，通过对此项内容的研究，丰富了对阳离子表面活性剂/光敏添加物体系构筑光流变流体的理解。为了拓展光流变流体的应用，还利用氮杂环类表面活性剂继续深入研究了pH智能响应型和CO2智能响应型体系，并通过流变和核磁共振等手段，对调控机制进行了归纳总结，阐明了自组装聚集体的智能调控机理，为新型智能流体及多重刺激智能型流体的制备提供了新的思路。