新型拓扑结构和化学组成可调的Janus颗粒表面活性剂的制备及其界面流变性质研究

Amphiphilic Janus particle surfactants have become the hotspot in surface/interfacial material science due to their unique structures and interfacial properties. So far, it remains a great challenge to synthesize Janus particles with tunable topologies and chemical compositions, thus leading to the lack of the comprehensive understanding on the dynamic properties and laws when they are used to stablize emulsion. This project is to fabricate Janus particle surfactants with tunable topology and chemical composition. And then, the interfacial dilational rheology is employed to investigate the rheology properties and laws of those Janus particles with tunable topology and chemical composition by the periodic disturbance of droplet, including interfacial film formation, the responsiveness of film area-interfacial tension vs time, dilational modulus and relaxation time etc. Subsequently, the stabilization mechanism of these Janus particles mediated emulsion will also be explored. Finally, the interfacial stability, manipulation and rheology of stimuli-responsive Janus particles (pH, light, thermo, magnetism) are investigated. This project aims to provide a new clue for developing new surfactant system of Janus particles and laying the foundation for the future application of Janus particles surfactant.

两亲性Janus颗粒表面活性剂由于其特殊的结构和界面性质已成为表界面材料科学研究的热点。然而，目前仍缺乏制备拓扑结构和化学组成可调的Janus颗粒的有效方法，使得对乳液界面动力学性质及其规律的缺乏深入的理解。本项目将从不同物化性质的Janus颗粒的设计与制备出发，发展拓扑结构可调、化学组成可调的新型Janus颗粒表面活性剂体系；运用界面扩张流变学手段，研究不同拓扑结构和化学组成的Janus颗粒在界面周期性扰动过程中的流变学性质及规律，包括界面成膜性、膜面积-界面张力随时间响应性、扩张模量及弛豫时间等，探索Janus颗粒对乳液界面稳定性规律；同时将外场响应性（pH、光、热、磁性）引入到乳液界面稳定性研究中，开展刺激响应性Janus颗粒界面稳定、界面调控及其流变学性质研究。本项目有望为开发基于Janus颗粒表面活性剂新体系提供新思路，为Janus颗粒表面活性剂的实际应用奠定基础。

两亲性Janus颗粒作为固体表面活性剂近年来备受关注，由于其集合了分子表面活性剂的两亲性和均质固体颗粒高的吸附特性（Pickering效应），因此，被称为是新一代的“胶体表面活性剂”。然而，目前Janus颗粒的研究仍缺乏制备拓扑结构和化学组成可调的Janus颗粒的有效方法，进而缺乏对乳液界面动力学性质及其规律的深层次理解！针对这一问题，我们利用乳液界面聚合的方法，制备了系列不同拓扑结构和化学组成的Janus颗粒；揭示了不同拓扑结构、化学组成、刺激响应性的Janus颗粒界面动力学性质及其界面组装规律。并在此基础上探索了乳液界面聚合的Janus颗粒和异质纳米孔颗粒在宏观材料制备、生物大分子分离等方面的应用。主要内容包括以下三个方面：1）利用乳液界面聚合的方法，实现不同拓扑结构和化学组成的Janus颗粒以及刺激响应性Janus颗粒的精准、可控制备。2）揭示了不同拓扑结构和化学组成的Janus颗粒以及刺激响应性Janus颗粒界面流变学性质及其规律。3）探索了乳液界面聚合的Janus颗粒和异质纳米孔颗粒的应用，发展了基于Janus颗粒的宏观材料制备新技术和基于异质纳米孔颗粒的生物分离新技术，实现了宏观粒料材料可控制备和血液中生物分子高效、高选择性分离净化。