Janus纳米材料的合成方法

　　摘要：纳米颗粒表面同时具有双重化学性质（极性/非极性、亲水/疏水等）为限制纳米材料功能化和分散等瓶颈问题提供有效的解决途径。Janus纳米材料的制备是Janus纳米材料应用的必要前提，Janus纳米材料结构的复杂性决定了其制备方法的特殊性，该文就现有的制备Janus纳米材料的方法进行了简单的归纳总结。

　　关键词：Janus；乳液；界面合

　　1991年法国的科学家Pierre-GillesdeGennes第一次用“Janus”描述纳米颗粒表面同时表现出不同的化学性质。Janus材料指的是同一材料中具有明确界限的结构分区并同时具有两种截然不同的化学组分和化学性质的材料（如极性/非极性、亲水/疏水等）。

　　将Janus物质引入到不同的纳米材料中，制备具有不同结构和形貌的材料可以拓展纳米材料应用的领域。例如，制备更有利于乳液分散和稳定的Janus纳米乳化剂，将在石油开采、污油回收处理等行业展现出巨大的应用前景。

　　目前，Janus胶体材料主要有以下几种制备方法：界面保护法、相分离法、微流体法和自组装法。

　　1界面保护法

　　Casagrande等人在1989年第一次阐述用玻璃珠的一半嵌入纤维素膜，然后对露在外侧的玻璃珠亲油改性，使其具有疏水性，未裸露在外的玻璃珠仍具有亲水性。这种保护与去保护的制备路线成为界面保护法制备Janus胶体材料的核心思想。

　　随后SteveGranick等人将这一合成路线扩展到了三维层面。先以改性后的SiO2纳米颗粒为乳化剂，利用两亲性形成石蜡/水的水包油型Pickering乳液，再将SiO2纳米颗粒就嵌入到石蜡表面，最后对裸露在石蜡外侧的SiO2纳米颗粒进行亲水改性，对SiO2纳米颗粒的另一侧进行疏水改性，最终制备得到具有Janus性质的SiO2纳米微球。

　　在这之后B.Liu等简化了这一制备路线，他们在Pickering乳液保护与去保护制备路线的基础上，引入了原子转移自由基聚合反应（ATRP），并在SiO2纳米颗粒的亲水/亲油两侧同时接枝聚合聚苯乙烯（PS）和聚丙烯酰胺（PAM），得了到另一种具有Janus性质的SiO2纳米微球。

　　2相分离法

　　多组分体系当中，各个组分之间具有不相容性并且最终导致相分离。相分离主要由两个因素决定：热力学因素和动力学因素。热力学因素决定体系最终形态时界面能为最低，而动力学因素决定体系达到最终形态的速率。

　　Okubo等人利用相分离法，将两种聚合物溶解到甲苯中，再将上述溶液加入到表面活性剂的水溶液中进行乳化，除去甲苯后，聚合物的两组分分相，就得到Janus纳米微球。他们通过这种方法成功制备了聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯（PS/PMMA）的Janus聚合物微球。

　　3微流體法

　　微流体法指的是在微观尺寸范围进行控制、操作和检测复杂流体的方法。微流体方法通常有两个流体通道，一个为流体A组分的通道，另一个为流体B组分的通道，当A和B组分间歇性注入到表面活性剂的水溶液流体中时便会形成一个个Janus微颗粒。利用微流体法可以制备很多不同形貌的聚合物纳米颗粒，如球状、棒状、片状等。能对纳米颗粒的形貌进行精确调控是微流体法的独特优势，但微流体法中流体的通道需要极为精密的设计和加工，并且每一种纳米颗粒都需要与其相对应的流体通道，同时微流体法制备Janus纳米颗粒的尺寸比较大、生产效率也比较低，因此微流体法并不适合大规模生产Janus纳米材料。

　　4自组装法

　　Müller等人用三嵌段共聚物聚苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯（SBM）自组装成多相多组分的结构，其中聚苯乙烯（PS）相与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）相为层状结构，调节聚丁二烯（PB）相分别呈球状、层状和柱状时，对聚丁二烯（PB）部分进行交联，最终得到聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-PMMA）的Janus胶束、Janus盘和Janus柱。

　　Janus纳米材料因其表面具有双重性质成为了材料领域研究的新热点。Janus纳米材料的制备是Janus纳米材料应用的必要前提，Janus纳米材料结构的复杂性决定了其制备方法的特殊性，而现有的制备Janus纳米材料的方法并不能满足规模化生产，因此Janus纳米材料的可控批量制备成为了下一步研究Janus纳米材料的新问题。

　　作者简介：陈奇男（1986-），男，讲师，硕士研究生。