近年来，纳米颗粒表面活性剂（一种由纳米颗粒和聚合物/低聚配体在油/水界面协同组装而成的复合物）的出现，为将液体形状锁定至非平衡状态提供了可能性。纳米表面活性剂通过在界面处造成干扰，使液体能够通过3D打印或液体成型技术加工成各种各样的几何形状，因而在制造适用于封装、货物运输和微流体系统的复杂液体装置方面表现出广阔的应用前景。然而，上述结构化液体的能力通常很难由单分子表面活性剂复现，因为单分子表面活性剂通常只能在界面处形成柔软且松散的单分子层，因而很难在极低界面张力下保持稳定。如果能够使用单分子表面活性剂实现液体的形状锁定，它将为胶体与界面化学和材料科学提供有力的补充，为液体材料的成型加工和制造液体设备提供一种简单且低成本的策略。此外，该结构化液体技术有望将液体润滑剂的高表面润湿性和铺展性与固体润滑剂的结构和形状稳定性进行有效整合，继而设计制备出能够对各种复杂工况表现出极佳适应性的新型润滑材料，在精细化工、芯片实验室系统、微纳器件和生物医学等新兴领域表现出良好应用前景。

针对上述问题，黄渤海实验室胶体化工材料与技术团队和绿色润滑材料与技术团队联合报道了一种合成的水溶性两性离子双子表面活性剂，可作为纳米颗粒表面活性剂的替代品用于稳定、结构化并额外地润滑液体。通过在石蜡油/水界面产生与两亲性纳米颗粒相当的高附着能，该表面活性剂能够在自发吸附后获得接近于0的界面张力和接近100%的表面覆盖率。与纳米颗粒表面活性剂不同的是，该单分子表面活性剂并不是通过在界面处造成干扰，而是在界面上形成了密堆积的结晶态单分子层，不仅能够生成超稳定的乳液，而且可以借助挤出打印和3D打印技术将液体结构化为任意形状。基于磺酸端基的摩擦化学反应，该表面活性剂还能够赋予液体材料良好的润滑功效与承载能力。相关研究可以为制造复杂的液体装置和能够结合液体和固体润滑剂特性的新一代润滑剂提供新的见解。

图1 高界面活性双子表面活性剂在石蜡油/水界面的分子排布、界面张力与自组装行为

高界面活性双子表面活性剂通过在石蜡油/水界面产生高附着能，从而在石蜡油/水界面形成密堆积的结晶态单分子层。表面活性剂能够在自发吸附后获得接近于0的界面张力和接近100%的表面覆盖率。

图2 利用高界面活性双子表面活性剂将分散相油滴稳定为非平衡状态

依靠高界面活性双子表面活性剂在界面上形成的密堆积结晶态单分子层，能够生成超稳定的乳液，且将液滴维持在非平衡状态。

图3  高界面活性双子表面活性剂水溶液在石蜡油中的挤出和3D打印

借助挤出打印和3D打印技术将液体结构化为任意形状，证明单分子表面活性剂在制造适用于封装、货物运输和微流体系统的复杂液体装置方面也具有应用潜力。

图4  由高界面活性双子表面活性剂稳定的液体润滑剂的摩擦学性能及机理

基于高界面活性双子表面活性剂的磺酸端基摩擦化学反应，该表面活性剂还能够赋予液体材料良好的润滑功效与承载能力，在较高载荷下仍能保持较低的摩擦系数和较小的磨损体积。

上述研究成果以“Highly Interfacial Active Gemini Surfactants as Simple and Versatile Emulsifiers for Stabilizing, Lubricating and Structuring Liquids”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed（期刊影响因子16.6）上。烟台先进材料与绿色制造山东省实验室为该论文的第一单位，闫福丽助理研究员为论文的第一作者，徐路研究员和郝京诚教授为论文的通讯作者。

以上研究得到了中国科学院高层次人才计划项目、国家自然科学基金项目、烟台先进材料与绿色制造山东省实验室柔性引进项目、兰州化物所特聘人才计划项目、润滑材料全国重点实验室专项和山东省自然科学基金等项目的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202318926

供 稿 / 闫福丽

编 辑 / 黄秋平

审 核 / 邹   强  王  坤   郝京诚  徐  路