葫芦[8]脲

葫芦[8]脲生态学数据:

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葫芦[8]脲三元包合物制备流变学特性可调的胶体

液体的流变学特性一直是学者们研究的热点，它包括对流体的弹性、塑性、粘性及强度等性质的研究。近年来，随着超分子化学的发展，具有刺激响应性的流体吸引了越来越多的关注。其中，具有光响应性的流体，比如能通过外界光刺激调控粘性（剪切稀化和剪切增稠）的胶体，已经在多个领域得到了应用。例如一些分散在颜料、涂料及润滑剂中的胶体通常会在快速剪切的加工过程中出现不间断的粘度增强现象，这种剪切增稠现象会在一定程度上损坏加工设备并降低产品的质量。因此具有可调控流变学特性的流体研究具有极为重要的现实意义。

图1. 组成超分子化学胶体的主要化合物

（图片来源：Small, 2018, 14, 1703352）

近日，英国剑桥大学化学系的Oren A. Scherman教授在对葫芦[8]脲（CB[8]）识别性质研究的基础上发展出了一种简单高效的可控胶体制备方法。作者利用甲基紫精（MV）、偶氮苯及葫芦[8]脲间的相互作用，将四氧化三铁纳米颗粒组装到硅核上得到了树莓状的胶体。由于表面带有正电荷，胶体颗粒间会相互排斥，因此在高的剪切速率下，胶体颗粒会形成水动力的团簇。而通过光照使得胶体颗粒解组装后，带正电的纳米颗粒与带负电的硅核心会相互吸引而出现剪切稀化的现象。该成果以“Cucurbit[8]uril-Regulated Colloidal Dispersions Exhibiting Photocontrolled Rheological Behavior”为题发表于《Small》（DOI: 10.1002/smll.201703352）。

图2. a）树莓状胶体的SEM图;b）经紫外照射后胶体的SEM图;c）经可见光照射后胶体的SEM图

（图片来源：Small, 2018, 14, 1703352）

胶体的制备方式比较简单，作者首先分别制备了表面富有甲基紫精的四氧化三铁纳米颗粒和表面富有偶氮苯的胶体颗粒。然后向四氧化三铁纳米颗粒的溶液中加入过量的葫芦[8]脲，这时，葫芦[8]脲会通过分子间相互作用与甲基紫精结合而负载到纳米颗粒表面。接着，向含有MV-CB[8]-Fe3O4纳米颗粒的溶液中加入之前制备的胶体颗粒，然后超声5分钟便可以得到树莓状结构的混合胶体（图2a）。由于混合胶体是通过偶氮苯、甲基紫精和葫芦[8]脲之间的相互作用形成的，而光照可以改变偶氮苯的顺反式结构从而调控三元包合物形成，因此胶体颗粒在经过紫外照射后，其表面的四氧化三铁纳米颗粒会解离（图2b）；而经过可见光照射后，纳米颗粒又会再次负载到胶体上形成混合胶体（图2c）。

图3. a）胶体在光照前后的ζ电势;b）流体的粘度随剪切速率的变化情况;c）流体变化的重复性

（图片来源：Small, 2018, 14, 1703352）

胶体在经过光照后改变的不仅是其表面形貌，其流变学特性也发生了一定的改变。没有经过光照的胶体的表面ζ电势约为+17 mV（图3a），它们在溶液中会相互排斥。因此，如果溶液中含有高浓度的这种胶体颗粒，将会展现出一些非牛顿流体的特性，并且流体会在剪切速率达到一定程度时出现剪切增稠的现象（图3b）。而经过紫外光照射后，流体在剪切速率提高的情况下只会出现剪切稀化的现象。不过，经过可见光照射后，流体可以恢复到之前的状态，并且这种变化可以持续多次（图3c）。

全部作者：C. Hu, J. Liu, Y. Wu, K. R. West, O. A. Scherman