褶皺是自然界中廣泛存在的一種材料表面形貌，諸如山脈、植物種子、微生物、人類大腦等結(jié)構(gòu)表面都能夠發(fā)現(xiàn)褶皺的存在。材料表面褶皺形貌的存在使得材料比表面增大，同時賦予材料表面吸附、追蹤、捕獲等功能性，因此廣泛應(yīng)用于光學(xué)、流體力學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。通過材料表面（如聚二甲基硅氧烷PDMS）化學(xué)氧化、UV處理以及表面涂覆涂層等方法構(gòu)筑軟硬復(fù)合核殼結(jié)構(gòu)，在一定的面內(nèi)應(yīng)力作用下能夠構(gòu)筑具有褶皺結(jié)構(gòu)的聚合物微球。但是，大規(guī)模、簡便的制備具有可控皺紋形貌的聚合物微球仍是一個不小的挑戰(zhàn)。
近日，日本熊本大學(xué)Makoto Takafuj教授和Hirotaka Ihara教授研究團隊基于SiO2納米粒子在聚合物單體聚合過程中的自組裝，一步法構(gòu)筑了具有一系列褶皺形貌的SiO2/聚苯乙烯（PS）核殼復(fù)合微球。該體系中其表面褶皺形貌呈現(xiàn)出良好的均一性、對稱性以及可調(diào)控性。
SiO2/PS復(fù)合微球表面的褶皺形貌。
研究團隊首先采用3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷對粒徑25 nm的SiO2納米微球進行表面修飾（MSi25），然后將其與單體苯乙烯和乙二醇二甲基丙烯酸酯混合進行復(fù)合聚合物微球制備。在單體聚合過程中產(chǎn)生的面內(nèi)收縮應(yīng)力作用下，最終得到表面具有褶皺形貌的復(fù)合聚合物微球。而且微球表面起皺與否以及皺紋形貌還可通過簡單調(diào)節(jié)溶液相中加入SiO2納米粒子的濃度進行可控調(diào)整。
復(fù)合微球起皺示意圖。
通過精細(xì)調(diào)控聚合體系中MSi25的加入量得到了微球光滑表面、波狀皺紋形貌、尖峰狀皺紋形貌、較鈍的皺紋形貌以及較粗（Rugged）皺紋形貌。
研究團隊選用MSi25含量為2 w/v%的MSi25(2.0)@pS微球表面形貌進行粒徑120 nm和 940 nm PS顆粒的選擇性分離應(yīng)用。結(jié)果表明該微球體系表面皺紋形貌能夠較好的選擇性吸附/沉積粒徑120 nm的PS微球。
MSi25(2.0)@pS微球選擇性吸附粒徑120 nm的PS顆粒。
——總結(jié)——
該論文通過聚合單體聚合過程中的SiO2微球的自組裝一步法構(gòu)筑了表面具有皺紋形貌的聚合物復(fù)合微球。該體系制備的微球表面皺紋形貌穩(wěn)定性優(yōu)異，且表面形貌調(diào)控方式簡單，易于大規(guī)模普及應(yīng)用。同時，該方法可以進一步拓展到其他種類的表面皺紋化復(fù)合微球的構(gòu)筑。
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