Ny vej til storstilet syntese af Janus-partikler

Kinesiske forskere har udviklet en emulsionsgrænsefladepolymerisationsmetode til fremstilling af Janus-partikler, der udviser kemisk og topologisk anisotropi. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt i en artikel med titlen "En generel strategi til at syntetisere kemisk og topologisk anisotrope Janus-partikler."

Polymerpartikelmaterialer har en bemærkelsesværdig effekt på dagligdagen, hovedsagelig på grund af polymerpartiklernes topologi og overfladekemi. Emulsionspolymerisation er en traditionelt førende synteseteknik for partikler. Imidlertid, det producerer normalt sfæriske partikler på grund af overfladespænding, udgør en udfordring for finjustering af partiklers topologi og kemi.

For at overvinde begrænsningen af ​​overfladespænding, forskere fra det tekniske institut for fysik og kemi ved det kinesiske videnskabsakademi udviklede for nylig en generel emulsionsgrænsefladepolymeriseringstilgang til at syntetisere en lang række Janus-partikler med kontrollerbar topologisk og kemisk anisotropi. I undersøgelsen, de valgte at bruge et typisk olie-i-vand-emulsionssystem - styren (St) og divinylbenzen (DVB) i vand-emulsion - hvori hydrofile monomerer (f.eks. akrylsyre (AA) eller akrylamid (AM)) blev indført som forankringsmolekyler. Polymerisationen blev oprindeligt designet til at ske inde i en oliedråbe.

Forskerne fandt ud af, at en partikelkerne kunne produceres inde i oliedråber, og partikelkernen ville bevæge sig mod olie/vand-grænsefladen. De hydrofile forankringsmonomerer i den eksterne vandfase kunne derefter komme i kontakt med partikelkernen og initieres til at polymerisere, udløser grænsefladeforankringspolymerisering. På grænsefladen, baseret på princippet om lige kemisk potentiale ved ligevægt, præference copolymerisation af AA, St og DVB forekom langs grænsefladen i to retninger, resulterer i dannelsen af ​​halvmåneformede Janus-partikler.

Forskernes teoretiske simulering antydede konsekvent præferencevækst, svarende til, hvad de opnåede i forsøget. Denne nye metode vil betydeligt udvide anvendeligheden af ​​Janus partikler, skabe nye muligheder i en bred vifte af applikationer, lige fra miljø til sundhed, især i dem, der involverer olie-vand-separation og biologisk detektion.

Fremgangsmåden kan producere Janus-partikler med anisotropiske topologier og amfifilicitet (Fig.2). Forskernes emulsionspolymerisationsmetode producerede ca. 5 g ensartede Janus-partikler i én batch, giver en effektiv måde at syntetisere Janus-partikler på i stor skala.

Teknikken kan bruges til polymerisering af vinylmonomerer, inklusive positivt ladet, neutralt ladede og negativt ladede, i høj grad berige samfundet af Janus-partikler. Denne metode kan også udvides til fabrikation af todimensionelle Janus filmaktuatorer med stort område.