【《皮克林乳液性质研究的国内外文献综述》2500字】

皮克林乳液性质研究的国内外文献综述1.1皮克林乳液简介皮克林乳液是一种用固体表面活性剂取代传统的表面活性剂来降低相界面的表面能以使一相分散于不相溶的另一相的乳液[105]。如图1-17，传统乳液利用表面活性剂维持乳液稳定，皮克林乳液依靠固体颗粒吸附维持乳液稳定。表面活性剂大多具有毒性，且其使用成本很高，几乎不可回收，易造成环境污染；而大多数固体乳化剂没有毒性且可回收再利用，更环保经济[106]。此外，通过调节固体颗粒的性质与形貌，可有效控制皮克林溶液的类型、液滴大小与稳定性[107]。皮克林乳液的稳定性受多因素影响，包括固体颗粒的润湿性、浓度、大小和形状、以及乳液油水比等。由于皮克林乳液能够形成固体颗粒可调控的两相体系，其能够被应用于药物递送、食品、催化、双面神纳米粒子的合成等领域。图1-17传统乳液与皮克林乳液的对比[105]Fig.1-17ComparisonofthetraditionalemulsionandthePickeringemulsion1.2皮克林乳液的形成机制与性质将固体颗粒分散到一相溶液中，将两相溶液混合后即可得到皮克林乳液。研究表明，皮克林乳液的类型可以通过固体乳化剂的润湿性进行预测，更容易被水相润湿的固体颗粒在两相界面处与水相的接触面积会大于与油相的接触面积，故而界面会向油相弯曲形成液滴，因此得到的皮克林乳液是水包油型的。反之更容易被油相润湿的固体颗粒可以形成油包水型的乳液。[108]图1-18上图：在接触角小于90°（左）、等于90°（中心）、大于90°（右）的情况下球状颗粒在平面的油-水界面处的位置（通过水相测量）；下图：相应的在弯曲的油-水界面处的位置：对于θ<90°可能形成的固体颗粒稳定的水性泡沫或o/w乳液（左），对于θ>90°可能形成的固体颗粒稳定的气溶胶或w/o乳液（右）[108]Fig.1-18(Upper)Positionofasmallsphericalparticleataplanaroil-waterinterfaceforacontactangle(measuredthroughtheaqueousphase)lessthan90°(left),equalto90°(centre)andgreaterthan90°(right).(Lower)Correspondingprobablepositioningofparticlesatacurvedoil-waterinterface.Forθ<90°,solid-stabilisedaqueousfoamsoro/wemulsionsmayform(left)Forθ>90°,solid-stabilisedaerosolsorw/oemulsionsmayform(right)类似于用于描述表面活性剂分子相界面处的优先润湿性的亲水-亲脂平衡参数，在油/水界面处，位于油/水界面处的固体颗粒的三相接触角也可以用来描述优先润湿性。在水相处测得的接触角θw可由下图所示的杨氏方程给出：（1-1）其中γs/o，γs/w和γo/w分别是固体-油界面、固体-水界面和油-水界面的界面能。对于亲水性固体颗粒，θw通常小于90°，易被水相润湿；对于疏水性固体颗粒，θw通常大于90°，固体颗粒表面易被油相润湿。对于两相均等润湿的颗粒，θw=90°，油/水界面为平面，这种情况下任一相的固体颗粒完全润湿都会导致界面不稳定。一般情况下，亲水性颗粒可稳定o/w乳液，而疏水性颗粒可稳定w/o乳液。接触角接近90°时，稳定性最佳。Binks研究表明，忽略粒径小于2μm的固体颗粒的重力影响，从油/水界面除去半径为r的球形固体颗粒所需的能量ΔE为：（1-2）其中γo/w是油水界面张力，θw是在水相中测得的三相接触角。cosθw前面的符号对于将固体颗粒移除至水相为负，移除至油相为正。从该方程式可以得出结论，即使是很小的固体颗粒，其在界面处的吸附能也总是大于热能。因此其在相界面的吸附几乎是不可逆的，更有利于乳液稳定性。[107]1.3皮克林乳液的应用在药物递送方面，固体乳化剂可以作为一道屏障保护乳液的液滴，确保药物的定向释放，并且当采用磁性纳米材料作为固体乳化剂时，可以通过外部磁场控制药物运输[109]。在食品应用方面，纤维素、淀粉等天然成分作为乳化剂得到的乳液不易聚结且毒性低、易消化[110,111]。目前，通过对固体乳化剂的化学修饰获得刺激响应的皮克林乳液在药物递送与食品等领域中具有极大的应用潜力[112]。在催化应用方面，催化剂可以作为固体乳化剂固定在相界面，一方面能够增加催化剂与反应体系的接触面积以提高反应速率，另一方面，可以催化两相反应，有利于催化剂的回收与循环利用[113]。在双面神纳米粒子合成方面，皮克林乳液可以用作一种两相反应器，将待修饰纳米粒子置于相界面，油相与水相可以加入不同润湿性的反应物与催化剂对纳米粒子进行选择性修饰[114,115]。1.4常用的固体乳化剂皮克林乳液通过固体颗粒作为表面活性剂维持两相的稳定混合。通过选择不同的固体颗粒种类或者对固体颗粒进行表面改性可以得到具有不同性质与功能的皮克林乳液。下面介绍几种常见的固体乳化剂[38,106]。黏土颗粒细小，具有较强的吸附能力、绿色无污染且易于得到等优点，是一种常见的固体乳化剂。黏土表面具有亲水性，可以通过对其进行选择性化学修饰使其具有两亲性，提高乳液稳定性。碳纳米管具有较大的比表面积与良好的疏水性，采用氧等离子体处理碳纳米管可以引入亲水性官能团如羟基等，因此可以通过选择性亲水修饰得到两亲性碳纳米管。此外，一些天然的固体乳化剂，如淀粉、大豆蛋白、细菌等由于具有极好的生物相容性和可降解性，由此制得的皮克林乳液制品在食品、医药与化妆品等领域具有巨大的应用市场[38,116-118]。本文采用了可控合成的二氧化硅纳米颗粒作为固体乳化剂，可以通过可控地调节无定型二氧化硅的形貌与大小改变皮克林乳液的液滴大小与稳定性。参考文献[1]DeGennesPG,Softmatter[J].ReviewsofModernPhysics,1992,64(3):645-648.[2]SafaieN,FerrierRC,Janusnanoparticlesynthesis:Overview,recentdevelopments,andapplications[J].JournalofAppliedPhysics,2020,127(17):170902.[3]LattuadaM,HattonTA,Synthesis,propertiesandapplicationsofJanusnanoparticles[J].NanoToday,2011,6(3):286-308.[4]WaltherA,AndréX,DrechslerM,etal.,Janusdiscs[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2007,129(19):6187-6198.[5]WangZJ,WangY,LiuGJ,etal.,Rapidandefficientseparationofoilfromoil-in-WateremulsionsusingaJanuscottonfabric[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2016,55(4):1291-1294.[6]PercecV,WilsonAD,LeowanawatP,etal.,Self-assemblyofJanusdendrimersintouniformdendrimersomesandothercomplexarchitectures[J].Science,2010,328:1009-1014.[7]ZhangJ,JiaS,KholmanovI,etal.,Janusmonolayertransition-metaldichalcogenides[J].ACSNano,2017,11(8):8192-8198.[8]ErD,YeH,FreyCN,etal.,PredictionofenhancedcatalyticactivityforhydrogenevolutionreactioninJanustransitionmetaldichalcogenides[J].NanoLetters,2018,18(6):3943-3949.[9]ZhangCM,NieYH,SanvitoS,etal.,First-principlespredictionofaroom-temperatureferromagneticJanusVSSemonolayerwithpiezoelectricity,ferroelasticity,andlargevalleypolarization[J].NanoLetters,2019,19(2):1366-1370.[10]LogetG,ZigahD,BouffierL,etal.,Bipolarelectrochemistry:Frommaterialssciencetomotionandbeyond[J].AccountsofChemicalResearch,2013,46(11):2513-2523.[11]SehWZ,LiuSH,LowM,etal.,JanusAu-TiO2photocatalystswithstronglocalizationofplasmonicnear-fieldsforefficientvisible-lighthydrogengeneration[J].AdvancedMaterials,2012,24(17):2310-2314.[12]LiJ,ZhanGM,YuY,etal.,SuperiorvisiblelighthydrogenevolutionofJanusbilayerjunctionsviaatomic-levelchargeflowsteering[J].NatureCommunication,2016,7:11480.[13]ZhangLY,ChenYY,LiZL,etal.,Tailoredsynthesisofoctopus-typeJanusnanoparticlesforsynergisticactively-targetedandchemo-photothermaltherapy[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2016,55(6):2118-2121.[14]WuZY,LiL,LiaoT,etal.,Janusnanoarchitectures:Fromstructuraldesigntocatalyticapplications[J].NanoToday,2018,22:62-82.[15]DuJZ,O’ReillyKR,Anisotropicparticleswithpatchy,multicompartmentandJanusarchitectures:preparationandapplication[J].ChemicalSocietyReviews,2011,40(5):2402-2416.[16]PengR,MaYD,HuangBB,etal.,Two-dimensionalJanusPtSSeforphotocatalyticwatersplittingunderthevisibleorinfraredlight[J].JournalofMaterialsChemistryA,2019,7(2):603-610.[17]ChenQ,WhitmerKJ,JiangS,etal.,SupracolloidalreactionkineticsofJanusspheres[J].Science,2011,331(6014):199-202.[18]HiguchiT,TajimaA,YabuH,etal.,Spontaneousformatio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