[发明专利]复合Janus胶体颗粒及改性Janus胶体颗粒与它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复杂结构胶体领域，特别是涉及以无机颗粒为种子来制备聚合物、无机物、金属、金属氧化物复合Janus胶体颗粒的方法。

背景技术

“Janus”原指古罗马神话中的两面神，1991年，法国著名科学家Gennies在其诺贝尔获奖演说中首次用这个词形容那些具有化学不对称性的胶体颗粒[P.G.deGennes，Rev.Mod.Phys.1992，64，645-648.]。附图1是Janus颗粒模型图，A、B分别代表不同的化学组成，双球状结构显示了颗粒的结构复杂性，正如磁铁同时具有两极一样，这种化学不对称性赋予胶体颗粒两种不同的甚至是相反的特性。功能性的Janus颗粒在许多领域具有潜在应用，如二次采油，电子墨水，光探针，自推进系统，聚合物增稠剂等。目前，Janus颗粒的制备已成为胶体科学领域的研究热点[A.Perro，S.Reculusa，S.Ravaine，E.Bourgeat-Lami，E.Duguet，J.Mater.Chem.2005，15，3745-3760.]，已报道的代表性方法有：

保护-去保护法[V.N.Paunov，O.J.Cayre，Adv.Mater.2004，16，788-791；J.C.Love，B.D.Gates，D.B.Wolfe，K.E.Paul，G.M.Whitesides，Nano Lett.2002，2，891-894；Y.Lu，H.Xiong，X.Jiang，Y.Xia，M.Prentiss，G.M.Whitesides，J.Am.Chem.Soc.2003，125，12724-12725.]。该方法最直接的做法是用界面(界面可以是油-水界面，聚合物膜等)将胶体颗粒分为两部分，然后分别对两部分进行改性或者复合功能物质，去除保护界面，就得到Janus颗粒。这种方法可以拓展到三维界面，如在石蜡球表面[L.Hong，S.Jiang，S.Granick，Langmuir 2006，22，9495-9499；B.Liu，W.Wei，X.Qu，Z.Yang，Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，3973-3975.]。此方法虽然已发展的非常成熟，但面对实际应用，有一个致命缺点无法克服：不能批量制备。另外，溶剂的回收也是其瓶颈问题。

相分离法[J.W.Kim，R.J.Larsen，D.A.Weitz，J.Am.Chem.Soc.2006，128，14374-14377；J.W.Kim，R.J.Larsen，D.A.Weitz，Adv.Mater.2007，19，2005-2009；J.W.Kim，D.Lee，H.C.Shum，D.A.Weitz，Adv.Mater.2008，20，3239-3243；J.Ge，Y.Hu，T.Zhang，Y.Yin，J.Am.Chem.Soc.2007，129，8974-8975.]。利用聚合物的相分离特性，可以制得雪人状，草莓状等特殊结构的胶体颗粒。受限于相分离的完全性，这种胶体颗粒中的聚合物始终是相互贯穿的，因此从严格定义来看，这种结构不对称化学组成对称的胶体颗粒不能称为真正的Janus颗粒。

微流体法[Z.Nie，W.Li，M.Seo，S.Xu，E.Kumacheva，J Am.Chem.Soc.2006，128，9408-9412；D.Dendukuri，D.C.Pregibon，J.Collins，T.A.Hatton，P.S.Doyle，Nature Mater.2006，5，365-369；K.H.Roh，D.C.Martin，J.Lahann，Nature Mater.2005，4，759-763.]。首先利用微流体技术获得两组分甚至三组分的液滴，再通过紫外光引发聚合获得Janus颗粒。这种方法虽然可以精确控制颗粒化学组成，但其有两个关键问题无法解决：一、只能制备亚微米尺度的颗粒；二、无法大量制备。

因此，我们知道，Janus颗粒有重要的潜在应用价值，是现在材料科学领域的研究热点，虽然文献中已有许多关于Janus颗粒制备方法的报道，但面对实际应用，目前仍没有一种方法能真正实现批量制备。

发明内容

本发明一个目的是提供一种以表面改性的无机颗粒为种子，通过种子乳液聚合技术和无机表面刻蚀技术制备无机/聚合物Janus胶体颗粒的方法。

本发明的另一个目的是提供通过官能团改性复合功能物质的方法制备无机/聚合物、无机/无机、无机/金属、无机/金属氧化物Janus胶体颗粒的方法。