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不同相對兩親面積的Janus顆粒在油氣表面性質和泡沫性能對比（二）
來源：《高等學校化學學報》 瀏覽 395 次 發布時間:2025-09-11
1.3 均勻修飾顆粒的制備
將未修飾的0.5 g SiO?顆粒采用超聲波分散到100 mL甲苯溶液中，加入PFTS（2×10?3 mol/L）并在18℃反應6 h，再通過多次離心終止反應。
1.4 熒光顆粒的制備與觀察
將0.02 g一側修飾氨基的SiO?顆粒分散到20 mL PBS中，并加入含有10 mg FITC的丙酮溶液，在室溫無光照條件下磁力攪拌反應12 h，將制得的熒光顆粒進行離心，并用PBS洗滌。通過FV1000型顯微鏡（日本Olympus公司）在低溫下表征制備的熒光顆粒。
1.5 顆粒性質表征
使用1615型FTIR光譜儀（美國PerkinElmer公司）進行紅外光譜測量。通過IX73型顯微鏡（日本Olympus公司）和Sirion200型掃描電子顯微鏡（美國FEI公司）觀察Pickering乳液的形態和液滴尺寸。
顆粒表面性質表征中所用油相為正辛烷和磷酸三甲酚的混合物，通過調節二者的體積比配制不同表面張力的油相用于后續實驗。將3 cm×3 cm石英片用Piranha溶液處理后用去離子水反復沖洗表面并吹干。將石英片浸入2×10?3 mol/L PFTS的甲苯溶液中，于18℃反應6 h。反應結束后將樣品從反應溶液中迅速取出并放入甲苯中超聲波清洗，然后再多次浸入甲苯中洗滌，最后將石英片吹干。使用Tracker型界面流變儀（法國Teclis公司）測量空氣中0.10 mL液滴在所修飾的石英片上的光滑表面接觸角。
使用具有冷水循環功能的SK250H型超聲波儀（KUDOS公司），5%（質量分數）顆粒分散于環己烷溶劑中。將0.8 mL分散液置于經修飾的石英片上，并采用WS-650Hz-8NP/UD3型旋涂機（美國Laurell公司）以800 r/min轉速旋轉40 s。使用界面流變儀測量空氣中0.10 mL液滴在這些表面上的粗糙表面接觸角，對每種液滴平行測量3次。在對顆粒進行潤濕性測試時，將0.20 g顆粒傾倒在15 mL玻璃瓶中的3.0 mL油相的上面。輕輕搖晃玻璃瓶10 s，并監測顆粒是否浸入油相。將玻璃瓶在4 Hz條件下手動上下振蕩15 s，然后將記錄顆粒的分散狀態和泡沫體積。顆粒團聚體在油中的尺寸使用Nano ZS粒度分析儀（英國Malvern公司）測量。使用界面流變儀測量表面張力，每組實驗平行測定了3次。
2 結果與討論
2.1 Pickering乳液的表征
利用Pickering乳液進行選擇性修飾是一種比較常用的Janus顆粒制備方法。由于裸露的SiO?顆粒偏親水，在Pickering乳液液滴表面的SiO?顆粒僅包裹了少量石蠟［圖1（A）和（B）］。這為使用一種Pickering乳液制備兩種具有不同氟碳鏈與碳氫鏈覆蓋面積比例的Janus顆粒提供了可能。
由圖1（C）和（D）可見，石蠟顆粒外觀呈非球狀。經過APS修飾后石蠟液滴有所膨脹，粒徑整體變大［圖1（E）］。而且在圖1（D）中發現反應后有部分顆粒由于表面親水性較強，沒有很好地錨定在石蠟液滴表面從而脫落并形成絮狀物，但是從SEM照片來看反應前后石蠟液滴顆粒表面變化不大，并且依舊保留有大量顆粒。反應前后表面均存在部分脫附顆粒的現象，表現為石蠟顆粒表面的顆粒脫附后留下凹陷。從顆粒沒入石蠟深度來看，顆粒的大部分表面均裸露在外，符合實驗預期。
2.2 紅外光譜分析
圖2為SiO?顆粒改性前后的紅外光譜圖。在裸露的SiO?顆粒（圖2譜線a）上，3459 cm?1處出現羥基的氫氧鍵伸縮振動吸收峰，1646 cm?1處是納米SiO?表面吸附水的氫氧鍵振動吸收峰，而在改性的顆粒上這2處吸收峰強度有所降低甚至消失，這是由于SiO?顆粒表面的硅羥基（Si—OH）與硅烷偶聯劑發生縮合反應而數量減少，并且改變了顆粒表面與水之間氫鍵的鍵合密度；在圖2譜線b~d中，2949處和2850 cm?1處的吸收峰可分別歸屬為甲基和亞甲基上的碳氫鍵伸縮振動；并且這些吸收峰強度增加，說明甲基和亞甲基數量增加。在1170～1286 cm?1間的峰為—CF?、—CF?的伸縮振動峰，由于—CF?、—CF?的伸縮振動峰與1087～1200 cm?1間的硅氧鍵伸縮振動吸收峰重合，從而導致圖2譜線b~d中1087～1286 cm?1間的吸收峰變寬，并且吸收峰強度依次減弱，說明—CF?、—CF?數量減少。綜上所述，可初步說明納米SiO?表面被不同比例的碳氫鏈和氟碳鏈覆蓋。
2.3 非對稱結構的熒光顆粒
為了驗證合成的Janus顆粒表面具備非對稱結構，對涂覆APS的顆粒表面接枝熒光劑FITC。結果如圖3所示，熒光Janus顆粒表面一側的熒光性明顯比另一側更強，并且熒光部分所占面積大于非熒光部分。這不僅證實了所制備的Janus顆粒具有非對稱結構，也說明非對稱結構的兩個改性區域面積不相等。Janus顆粒表面接枝PFTS的一側出現微弱的熒光主要是由納米SiO?顆粒邊緣的熒光基團發出的亮光所產生的漫反射和散射造成的。