Chinese onderzoekers hebben een emulsie-grensvlakpolymerisatiemethode ontwikkeld om Janus-deeltjes te fabriceren die chemische en topologische anisotropie vertonen. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang in een artikel getiteld "Een algemene strategie om chemisch en topologisch anisotrope Janus-deeltjes te synthetiseren."

Polymeerdeeltjes hebben een opmerkelijk effect op het dagelijks leven, grotendeels te wijten aan de topologie en oppervlaktechemie van polymeerdeeltjes. Emulsiepolymerisatie is een traditioneel toonaangevende synthesetechniek voor deeltjes. Echter, het produceert meestal bolvormige deeltjes als gevolg van oppervlaktespanning, vormt een uitdaging voor het verfijnen van de topologie en chemie van deeltjes.

Om de beperking van oppervlaktespanning te overwinnen, onderzoekers van het Technisch Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een algemene benadering van emulsie-grensvlakpolymerisatie ontwikkeld voor het synthetiseren van een grote verscheidenheid aan Janus-deeltjes met controleerbare topologische en chemische anisotropie. In de studie, ze kozen ervoor om een ​​typisch olie-in-water-emulsiesysteem te gebruiken - styreen (St) en divinylbenzeen (DVB) in wateremulsie - waarin hydrofiele monomeren (bijv. acrylzuur (AA) of acrylamide (AM)) werden geïntroduceerd als verankerende moleculen. De polymerisatie was aanvankelijk ontworpen om plaats te vinden in een oliedruppel.

De onderzoekers ontdekten dat een deeltjeskern zou kunnen worden geproduceerd in oliedruppeltjes en dat de deeltjeskern naar het olie/water-grensvlak zou bewegen. De hydrofiele verankerende monomeren in de externe waterfase kunnen dan in contact komen met de deeltjeskern en worden geïnitieerd om te polymeriseren, waardoor grensvlakverankeringspolymerisatie wordt veroorzaakt. Op de interface, gebaseerd op het principe van gelijke chemische potentiaal bij evenwicht, preferentiële copolymerisatie van AA, St en DVB kwamen langs de interface in twee richtingen voor, wat resulteert in de vorming van maansikkelvormige Janus-deeltjes.

De theoretische simulatie van de onderzoekers suggereerde consequent preferentiële groei, vergelijkbaar met wat ze in het experiment hebben verkregen. Deze nieuwe methode zal het nut van Janus-deeltjes aanzienlijk vergroten, het creëren van nieuwe kansen in een breed scala aan toepassingen, variërend van milieu tot gezondheid, vooral in die met olie-waterscheiding en biologische detectie.

De benadering kan Janus-deeltjes produceren met anisotrope topologieën en amfifiliciteit (Fig. 2). De emulsiepolymerisatiebenadering van de onderzoekers produceerde ongeveer 5 g uniforme Janus-deeltjes in één batch, een effectieve manier bieden om Janus-deeltjes op grote schaal te synthetiseren.

De techniek kan worden gebruikt voor het polymeriseren van vinylmonomeren, inclusief positief geladen, neutraal geladen en negatief geladen, een grote verrijking van de gemeenschap van Janus-deeltjes. Deze methode kan ook worden uitgebreid tot grootschalige fabricage van tweedimensionale Janus-filmactuatoren.