Janus粒子的制备及功能化应用

Janus粒子是指表面具有两种或两种以上不同化学组成或性质的不对称粒子,目前Janus粒子的制备方法仍在发展中,同时也逐渐形成了Janus粒子在生物医药、催化、材料以及防污等领域功能化应用的研究重点。本文从Janus粒子制备和应用两个方面方法来介绍Janus粒子的研究进展。制备方法主要包括表面选择性修饰法、晶种生长法、微流控法、嵌段共聚物自组装法和电化学沉积法等。应用方面则着重介绍了Janus粒子在生物医药、界面催化、表面活性剂、复合材料、微米马达和防污等方面的功能化应用,并对Janus粒子未来的发展趋势做了展望。     

含Janus粒子组装体的构筑、调控及功能的模拟与理论分析

Janus粒子由于其表面性质与形状特征的不对称性而展现出独特的力学、光学、电学、磁学和表面两亲性能,在构筑复杂组装结构及设计新型功能材料方面有着广阔的应用前景.本文主要从计算机模拟与理论分析的角度,结合相关实验体系,系统地总结了目前对含Janus粒子组装体的体系构筑、结构调控及材料功能等的相关研究进展.从Janus粒子自组装结构的精确构筑与动态响应性、界面结构的熵驱调控、非平衡组装动力学及含Janus粒子组装体功能的模拟与预报等4个方面,详细阐述了Janus粒子的复杂多级组装结构及其背后蕴含的热力学与动力学的机理,并介绍了一系列基于含Janus粒子组装体的聚合物基复合材料独特的功能及其潜在应用.在此基础上,指出合理设计Janus粒子的非对称性质以及巧妙调控组装体内的熵、焓平衡,是控制其多级组装结构,进而开发相应新型功能材料的关键,并对Janus粒子未来的理论和模拟研究趋势进行了展望.     

光响应Janus粒子体系的构建与应用

Janus粒子通常由两种或两种以上不同物理或化学性质的部分组成,其结构的不对称性导致了粒子形貌和性质具有不对称性。与“静态”Janus粒子相比,具有刺激响应性的“动态”Janus粒子能够与环境发生相互作用,在外界刺激下表达特殊功能。光响应Janus粒子是一类可以在光刺激下发生特定响应的Janus粒子,其两侧不同的组成不仅可以结合多种类型的光响应性,也能与其他类型的刺激响应进行配合,从而实现对特定体系的精确调控。由于光能易于调节的特性,光响应Janus粒子可以与无机纳米团簇或有机官能团产生特定反应,具有光热效应、色彩调节、光动力治疗等独特特性。它们还可以应用于药物递送、生物传感与成像、微纳米马达和光致发光等领域,为解决生物医学和光学器件相关的问题提供了新的方法。本文主要介绍光响应Janus粒子近期发展的制备方法,并着重阐述其独特调控机理以及其在生物医药、发光材料等领域的突出应用,最后对目前该领域的发展前景做出展望。     

颗粒乳化剂的研究及应用

近年来,颗粒乳化剂因其在食品、采油、化妆品、医药、催化以及功能纳米材料制备等领域具有潜在应用前景而备受关注。本文综述了近来颗粒乳化剂的研究进展,归纳了颗粒乳化剂的种类,包括:无机纳米粒子、表面改性或杂化的无机粒子、有机纳米粒子以及特殊的颗粒乳化剂Janus粒子;并对颗粒乳化剂能够在油水界面稳定吸附的热力学机理和动力学行为进行了阐述,颗粒乳化剂在油水界面接触角以及粒径大小是其在界面稳定吸附的关键参数,而颗粒在油水界面的排布方式则主要受粒子之间相互作用的影响。重点介绍了颗粒乳化剂的热点应用,包括:(1)利用颗粒乳化剂制备Pickering乳液,以及通过对颗粒乳化剂的功能化,使得Pickering乳液具备环境响应性(即pH、盐浓度、温度、紫外光、磁场敏感响应性);(2)以颗粒乳化剂为构筑基元、以Pickering乳液为模板制备Janus颗粒、Colloidosome、具有多级结构的粒子或膜,以及多孔结构材料;(3) Janus粒子在催化领域的应用。     

基于聚合物的Janus粒子的制备与应用

具有结构和组成各向异性的Janus粒子以其独特性能,近年来得到了国内外研究者的广泛关注。本文综述基于聚合物的Janus粒子的最新研究进展,详细介绍了基于聚合物的哑铃状、雪人状、草莓状、蘑菇状4种Janus粒子的制备方法,主要包括乳液聚合、相分离法和自组装法。概述了这几种基于聚合物的Janus粒子在工业催化、生物医药、污水处理、光学探针、彩色显示、自驱动马达等方面的应用进展,并指出了存在的问题和研究方向。     

聚合物接枝Janus纳米片形变的耗散粒子动力学研究

由于在检测、药物输运、分子马达等领域具有广阔的应用前景,二维柔性响应Janus材料受到了广泛的关注。但遗憾的是,这些二维材料的响应形变的分子机理仍不明确。基于此,我们采用介观尺度的耗散粒子动力学模拟方法系统研究了Janus纳米片两侧接枝不同长度和不同溶剂相容性的高分子链对Janus纳米片形变的影响。我们发现由于构象熵和混合焓的共同作用,通过对接枝链长度和溶剂相容性的调整,Janus纳米片可以形成如反相包覆、信封装包覆和碗状等新奇的结构。我们的理论结果首次提供了对二维柔性Janus材料可控形变的基本认识,并预报了设计合成新型Janus纳米器件在药物和生物医学领域的潜在应用。     

Janus粒子制备研究*

具有不对称双面结构的Janus粒子以其独特性能,在乳液稳定、光学、生物传感、药物输送、电子学等领域具有潜在的应用前景。本文就近年来Janus粒子制备技术的研究进展进行了总结,详细地介绍了Janus粒子主要制备方法,包括微流体合成、拓扑选择表面改性、模板导向自组装、可控相分离及可控表面成核,并指出了各种Janus粒子制备技术存在的问题及其发展方向,认为基于可控相分离及表面成核的合成方法成本较低,产率较大,有可能得到更为广泛的应用。     

非对称性Janus粒子的制备与可控组装

古罗马的双面神(Janus)常被用来描述具有两种不同化学结构或性质的不对称粒子, Janus粒子由于自身的特殊性能在药物载体、电子器件和乳液稳定等方面表现出良好的发展势头, 其应用前景日益受到人们的重视. 目前, Janus 粒子作为基本的组装基元受到越来越多的关注, 相关组装方法也被广泛地研究, 包括本体组装、界面组装和外界驱动力调控等, 特别是Janus 粒子的双亲修饰与功能化. 本文综述了现今Janus 粒子制备方法及对其进行修饰组装的最新研究进展, 详细讨论比较了一步合成法、聚合物自组装法和晶种直接生长等方法的特点及差异, 并对一些新型功能Janus粒子的设计及潜在的应用前景进行了展望.     

基于微流控技术制备微/纳米粒子材料

具有特殊性质的微/纳米粒子,在药物传递、吸收分离、光电材料和磁性设备等多个领域具有重要的应用价值。近年来,微流控技术在有机合成、高分子化学以及材料制备等领域表现出传统釜式反应器无法比拟的优势。本文介绍了基于微流控技术制备微/纳米粒子的最新研究进展,包括以单乳液为模板合成球形和非球形聚合物粒子、无机物粒子、贵金属纳米粒子和半导体纳米粒子,以多重乳状液为模板制备壳核粒子、Janus粒子和微囊。     

配体链包覆纳米粒子的表面相分离及自组装的模拟研究

通过耗散粒子动力学方法,模拟了二元配体链包覆的纳米粒子表面的相分离行为,并与现有的模拟和实验体系进行对比.研究结果印证了相分离驱动力是配体链错位所导致的构象熵的结论.进一步以相分离得到的Janus和三嵌段Janus结构纳米粒子作为构筑单元,研究了其在选择性溶剂中的自组装行为.结果表明,Janus粒子易自组装成为双层囊泡结构,而三嵌段Janus粒子则更易形成单层囊泡结构.对于从配体链包覆的纳米粒子出发,设计具有特殊功能的囊泡提供了理论支持.     

Inner structure and properties of diamond-shaped and spherical α-Fe2O3 particles

Uniform diamond-shaped and spherical -Fe₂O₃ particles, prepared by a forced hydrolysis of FeCl₃–HCl solutions, were characterized by various means. Electron microscope and x-ray diffraction measurements indicated that these particles are formed by recrystallization of -FeOOH to -Fe₂O₃ accompanying the dissolution of -FeOOH. Ultramicropores were formed in spherical particles with outgassing in vacuo above 150 °C by dehydration of inner OH groups, proving that the particles are polycrystalline. On the other hand, the highly crystallized diamond-shaped particles showed a less microporosity and were thermally stable against outgassing up to 400 °C. These results are compatible with those obtained for the monodispersed cubic and spherical -Fe₂O₃ particles reported in our previous paper [J Chem Soc Faraday Trans 87: 2241 (1991)].     

碗形胶体颗粒/阵列薄膜的制备及性能研究进展

随着科学技术和应用需求的快速发展, 对胶体颗粒形貌、尺寸和组分提出了越来越高的要求, 简单组成的球形颗粒已经难以满足需求. 微/纳米碗形胶体颗粒/阵列薄膜由于具有比表面积大、结构对称性下降等特点, 在纳米反应器、药物运载、高灵敏度传感器、数据储存、自组装等方面有着广阔的应用前景, 其研究、开发和应用已经成为微／纳米材料研究领域的热点. 概述了近十年来国内外碗形胶体颗粒/碗形阵列薄膜的研究进展, 按照无机和金属、聚合物两大类分别对碗形材料的各种制备方法进行了详细介绍, 目前主要有单层胶体晶体模板法、碗形阵列薄膜模板法、诱导生长法、异形颗粒法、中空微球内陷法、种子聚合法、溶剂处理法等; 按照材质种类, 分别对TiO₂, ZnO, Fe_xO_y, 贵金属、聚合物等碗形颗粒/阵列薄膜的结构与性能研究进行了概述, 指出了其潜在的应用领域; 并进一步展望了该领域未来的发展趋势.     

Possible existence of faster-than-light phenomena for highly accelerated elementary particles

The possible existence of faster-than-light particles, which are forbidden by the known laws of physics, have been studied by many physicists. But the existence of such particles has not been confirmed by experiments. This paper shows that faster-than-light phenomena can be permitted for highly accelerated elementary particles if they have a very small mass compared to that of the electron.     

Composite Particles: Design of Hybrid Materials on the Nano-Scale

Summary: In the last decade there has been a steady increased interest in the techniques providing design of nano-structured materials. It has been demonstrated that colloidal polymeric particles can be successfully used for the deposition of different functional nano-materials. Due to their numerous attractive properties polymeric particles have been used as templates for the synthesis, storage and transportation of nanostructured materials. This contribution demonstrates the synthetic ways for the preparation of hybrid particles by effective control over the size, morphology and distribution of the non-miscible phases. Developed methods allow design of the composite particles on the nanometer scale and opens new possibilities for the preparation of the materials with advanced properties. The synthesis, characterization and applications of hybrid particles are discussed in detail.     

钛酸四丁酯水解制备聚苯乙烯/二氧化钛核壳粒子及空心二氧化钛微球

通过无皂乳液聚合方法制备了阳离子型及阴离子型聚苯乙烯(PSt)乳胶粒,并对后者用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)进行了表面改性制得了乳胶粒表面载正电荷的乳液.在乙醇与水的混合溶剂中,分别使用以上3种PSt乳胶粒为核加入钛酸四丁酯制备了核壳型PSt/TiO2复合粒子.结果显示,仅在使用经KH550改性的阴离子PSt乳...     

Highly efficient formation of metal and metal alloy particles from methyl metal compounds by a single pulse laser irradiation

Highly efficient processes for fine particle formation of metal alloys and metal oxides were developed using a high-power laser. In these processes, laser light was used only for the ignition of a thermal chain reaction. This reaction was suppressed by adding inert gases, and the suppression effect was in the order C₃H₈ > C₂H₆ > CH₄ > He > Ar > Xe. Oxygen accelerated the reaction because of the large exothermicity of the reaction of oxygen with methyl metal compounds.     

Shape‐Shifting Patchy Particles

A facile method to synthesize shape‐shifting patchy particles on the colloidal scale is described. The design is based on the solvent‐induced shifting of the patch shape between concave and convex features. The initial concave patchy particles were synthesized in a water suspension by a swelling‐induced buckling process. Upon exposure to different solvents, the patches were tuned reversibly to be either concave or convex. These particles can be assembled into chained, branched, zigzag, and cyclic colloidal superstructures in a highly site‐specific manner by surface–liquid capillary bridging. The biphasic nature of the particles also enables site‐selective surface functionalization.     

Mechanism of the growth of monodispersed spherical silica particles to the submicron size

Summary Monodispersed spherical submicron silica particles were obtained by the precipitation of soluble silica on the surface of preliminary obtained smaller particles. Silica was added into the system at low concentrations to prevent both its polymerization in the solution and the formation of new particles. The kinetics of the particle growth is controlled by the diffusion of soluble silica through the double diffusion layer.