技术领域
[0001] 本发明属于材料表征技术领域，具体而言，本发明涉及一种表征SiO2基Janus材料两面性的方法。
相关背景技术
[0002] Janus材料是一类新兴的功能材料，具有组成或性质空间分区特征。由于其具有两个不同的化学组成的表面结构，在材料领域研究备受关注，Janus材料为解决复合材料的功能集成和耦合提供了新途径，在组装超结构、界面调控与功能化、绿色化工与环保、聚合物高性能化及高值循环利用方面有重要应用前景，目前已经在疏水薄膜、定向磁控传输、生物医药、驱油技术等领域有着广泛应用。
[0003] 两亲Janus纳米片是指一侧表面亲水，另一侧表面疏水的不对称片状纳米材料，它通常具有较高的界面活性。这种表面性质的不对称性，使Janus材料具有良好的双亲性，被认为是一种固体表面活性剂，不仅具有表面活性剂分子的亲水、亲油等特性，而且具有纳米材料的量子效应等独特的性质。而当前对于Janus结构的验证方法较少，需要进一步探索更加简洁有效的方法。
具体实施方式
[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，以下实例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 本发明第一方面提供了一种表征SiO2基Janus材料两面性的方法。根据本发明的实施例，所述SiO2基Janus材料包括SiO2基空心微球，所述SiO2基空心微球的内表面具有氨基，所述SiO2基微球的外表面具有环氧官能团，将所述SiO2基Janus材料破碎后与异硫氰酸酯荧光素混合，将所述SiO2基Janus材料进行红外测试。
[0028] 由此，本发明结合红外与异硫氰酸酯荧光素对SiO2基Janus材料进行表征，红外谱‑1 ‑1图中1461cm 处为N‑H特征峰，1050cm 处为‑C‑O‑C的特征峰，表明所得Janus材料上存在着KH550的氨基基团及KH560所带来的环氧基团，并且将SiO2基Janus材料破碎后与异硫氰酸酯荧光素(FITC，FITC是一种具有对氨基官能团进行特异性标记功能的荧光染料)混合，之后采用Olympus FV1000激光扫描共聚焦显微镜对FITC染色过的聚合产物进行荧光表征，在
495nm激光照射下激发FITC使其产生明亮的绿色荧光现象，并通过激光扫描共聚焦显微镜拍摄其荧光图像，视野中同时出现完整球状及团聚的碎裂片状结构，经FITC染色并激光激发后仅在碎裂片状结构之上观察到清楚的绿色荧光现象，而完整的空心球体却不存在绿色荧光。这是由于Janus空心球体破碎之后的碎片上，具有氨基基团的内侧表面暴露在外，FITC与内表面的氨基结合，激发后可观察到明亮的荧光出现；完整的Janus球由于FITC染色剂无法进入空心球体内部，故其内侧表面的氨基未被FITC标记，而外表面的环氧基团并不与FITC反应，经激光激发后观察不到荧光现象，表明氨基基团形成在SiO2基Janus材料的内表面，而推断环氧官能团形成在SiO2基Janus材料的外表面。
[0029] 根据本发明的一个具体实施例，所述SiO2基Janus材料的制备方法包括：
[0030] S1：将硅源与硅烷偶联剂KH550、KH560、油包水型表面活性剂和有机溶剂混合，得到混合油相
[0031] 该步骤中，所述硅源包括TEOS、硅酸四甲酯、正硅酸丙酯中的至少之一；进一步地，所述油包水型表面活性剂包括Span80、Span85、Span60中的至少之一；进一步地，所述有机溶剂包括二甲苯油、甲苯和液体石蜡中的至少之一；所述硅源与所述硅烷偶联剂KH550、所述KH560、所述油包水型表面活性剂和所述有机溶剂的质量比为100：(15‑20)：(20‑40)：(100‑130)：(1000‑1500)。
[0032] S2：伴随着搅拌，将所述混合油相与含有pH调节剂的水溶液混合，得到混合乳液[0033] 该步骤中，伴随着搅拌(搅拌转速为6000‑10000rpm)，将水溶液滴加在混合油相中，高速剪切5‑10min，得到混合乳液。进一步地，所述含有pH调节剂的水溶液为含有盐酸的水溶液；所述含有pH调节剂的水溶液pH为2‑5；所述混合油相与所述pH调节剂的质量比为(100‑150)：(15‑20)。由此，通过控制各物料比例，可以得到粒径和壁厚可控的SiO2基Janus材料，具体的，本申请的SiO2基Janus材料的粒径为10μm‑80μm，壁厚为0.5μm‑1.5μm。
[0034] S3：对所述混合乳液进行加热反应
[0035] 该步骤中，对所述混合乳液在油浴中进行加热反应，含有硅烷偶联剂KH550、KH560、硅源、油包水型乳液微滴在酸性环境下水解交联成为一个整体，形成的SiO2基Janus空心球体内表面为KH550与TEOS交联而成，从而使其内表面携带有氨基，外表面则由KH560与TEOS交联而成，携带有环氧官能团，反应模型如图1所示。
[0036] 进一步地，所述加热的温度为70‑80℃，时间为10‑12h。
[0037] S4：将所述加热反应得到的产物进行冷冻干燥，得到所述SiO2基Janus材料。
[0038] 该步骤中，将上述加热反应得到的固体产物经乙醇作溶剂多次抽滤洗涤去除未反应完全的KH550、KH560、油包水型表面活性剂和有机溶剂等有机小分子以及水溶液，后置于真空冻干机中，在‑60℃下6h真空冷冻干燥，去除乙醇溶剂，得到SiO2基Janus材料。
[0039] 下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
[0040] 实施例1
[0041] 将质量为5.21g的TEOS、0.92g的KH550、1.20g的KH560、6.01g油包水型表面活性剂Span80加入70g的二甲苯油中，滴加10g pH 2.5的水相去离子水(含有盐酸溶液)，随即在10000rpm的高速下剪切10min形成均匀乳液，后倒入烧瓶当中，在70℃油浴加热中搅拌反应
10h，得到SiO2固体产物经乙醇作溶剂多次抽滤洗涤去除溶于二甲苯中的有机小分子，后置于真空冻干机中，在‑60℃下冷冻3h及真空干燥3h，得到SiO2基Janus空心球。SiO2基Janus空‑1 ‑1
心球照片如图2所示，FTIR谱图如图3所示，与纯SiO2相比，2926cm 及2852cm 为‑CH2的非对称伸缩振动及对称伸缩振动峰，表明具有‑CH2的硅烷偶联剂与TEOS发生了交联反应，结合‑1 ‑1
在一起；1461cm 处为N‑H弯曲振动峰，1050cm 处为‑C‑O‑C的伸缩振动峰，表明所得Janus材料上存在着KH550的氨基基团及KH560所带来的环氧基团。SEM结果如图4所示，SiO2基Janus空心球直径约为10μm，壳体壁厚为1.2μm左右。所获得空心球分散在乙醇当中通过超声波细胞粉碎机进行10min机械破碎，得到所需的SiO2基Janus纳米片，采用3.0s/3.0s间歇超声，破碎功率为390w。然后将SiO2基Janus材料破碎后与异硫氰酸酯荧光素(FITC，FITC是一种具有对氨基官能团进行特异性标记功能的荧光染料)混合，之后采用Olympus FV1000激光扫描共聚焦显微镜对FITC染色过的聚合产物进行荧光表征，在495nm激光照射下激发FITC使其产生明亮的绿色荧光现象，并通过激光扫描共聚焦显微镜拍摄其荧光图像，如图5所示，视野中同时出现完整球状及团聚的碎裂片状结构，经FITC染色并激光激发后仅在碎裂片状结构之上观察到清楚的绿色荧光现象，而完整的空心球体却不存在绿色荧光。这是由于Janus空心球体破碎之后的碎片上，具有氨基基团的内侧表面暴露在外，FITC与内表面的氨基结合，激发后可观察到明亮的荧光出现；完整的Janus球由于FITC染色剂无法进入空心球体内部，故其内侧表面的氨基未被FITC标记，而外表面的环氧基团并不与FITC反应，经激光激发后观察不到荧光现象，表明氨基基团形成在SiO2基Janus材料的内表面，而环氧官能团形成在SiO2基Janus材料的外表面。
[0042] 实施例2
[0043] 将质量为5.19g的TEOS，0.93g的KH550、1.21g的KH560、6.00g油包水型表面活性剂Span80加入70g的二甲苯油相当中，滴加10g pH 2.5的水相去离子水(含有盐酸溶液)，随即在6000rpm的高速下剪切10min形成均匀乳液，后倒入烧瓶当中，在70℃油浴加热中搅拌反应10h，得到SiO2固体产物经乙醇作溶剂多次抽滤洗涤去除溶于二甲苯中的有机小分子，后置于真空冻干机中，在‑60℃下冷冻3h及真空干燥3h，得到SiO2基Janus材料，由于大直径下SiO2太薄不足以支撑规整球体，制备得到的产物为空心球碎片。SEM结果如图6所示，片层厚度达到600‑800nm。所获得空心球分散在乙醇当中通过超声波细胞粉碎机进行10min机械破碎，得到所需的SiO2基Janus纳米片，采用3.0s/3.0s间歇超声，破碎功率为390w。然后将SiO2基Janus材料破碎后与异硫氰酸酯荧光素(FITC，FITC是一种具有对氨基官能团进行特异性标记功能的荧光染料)混合，之后采用Olympus FV1000激光扫描共聚焦显微镜对FITC染色过的聚合产物进行荧光表征，在495nm激光照射下激发FITC使其产生明亮的绿色荧光现象，并通过激光扫描共聚焦显微镜拍摄其荧光图像，视野中同时出现完整球状及团聚的碎裂片状结构，经FITC染色并激光激发后仅在碎裂片状结构之上观察到清楚的绿色荧光现象，而完整的空心球体却不存在绿色荧光。这是由于Janus空心球体破碎之后的碎片上，具有氨基基团的内侧表面暴露在外，FITC与内表面的氨基结合，激发后可观察到明亮的荧光出现；完整的Janus球由于FITC染色剂无法进入空心球体内部，故其内侧表面的氨基未被FITC标记，而外表面的环氧基团并不与FITC反应，经激光激发后观察不到荧光现象，表明氨基基团形成在SiO2基Janus材料的内表面，而环氧官能团形成在SiO2基Janus材料的外表面。
[0044] 实施例3
[0045] 将质量为10.41g的TEOS，0.92g的KH550、1.20g的KH560、6.00g油包水型表面活性剂Span80加入70g的二甲苯油相当中，滴加10g pH 2.5的水相去离子水(含有盐酸溶液)，随即在6000rpm的高速下剪切10min形成均匀乳液，后倒入烧瓶当中，在70℃油浴加热中搅拌反应10h，得到SiO2固体产物经乙醇作溶剂多次抽滤洗涤去除溶于二甲苯中的有机小分子，后置于真空冻干机中，在‑60℃下冷冻3h及真空干燥3h，得到SiO2基Janus空心球。SEM结果如图7所示，空心球直径约为60‑80μm，壳体壁厚为700nm左右。所获得空心球分散在乙醇当中通过超声波细胞粉碎机进行10min机械破碎，得到所需的SiO2基Janus纳米片，采用3.0s/3.0s间歇超声，破碎功率为390w。然后将SiO2基Janus材料破碎后与异硫氰酸酯荧光素(FITC，FITC是一种具有对氨基官能团进行特异性标记功能的荧光染料)混合，之后采用Olympus FV1000激光扫描共聚焦显微镜对FITC染色过的聚合产物进行荧光表征，在495nm激光照射下激发FITC使其产生明亮的绿色荧光现象，并通过激光扫描共聚焦显微镜拍摄其荧光图像，视野中同时出现完整球状及团聚的碎裂片状结构，经FITC染色并激光激发后仅在碎裂片状结构之上观察到清楚的绿色荧光现象，而完整的空心球体却不存在绿色荧光。
这是由于Janus空心球体破碎之后的碎片上，具有氨基基团的内侧表面暴露在外，FITC与内表面的氨基结合，激发后可观察到明亮的荧光出现；完整的Janus球由于FITC染色剂无法进入空心球体内部，故其内侧表面的氨基未被FITC标记，而外表面的环氧基团并不与FITC反应，经激光激发后观察不到荧光现象，表明氨基基团形成在SiO2基Janus材料的内表面，而环氧官能团形成在SiO2基Janus材料的外表面。
[0046] 实施例4
[0047] 将质量为10.40g的TEOS，0.92g的KH550、1.21g的KH560、5.99g油包水型表面活性剂Span80加入70g的二甲苯油相当中，滴加10g pH 2.5的水相去离子水(含有盐酸溶液)，随即在8000rpm的高速下剪切10min形成均匀乳液，后倒入烧瓶当中，在70℃油浴加热中搅拌反应10h，得到SiO2固体产物经乙醇作溶剂多次抽滤洗涤去除溶于二甲苯中的有机小分子，后置于真空冻干机中，在‑60℃下冷冻3h及真空干燥3h，得到SiO2基Janus空心球。SEM结果如图8所示，空心球直径约为15μm，壳体壁厚为800nm左右。所获得空心球分散在乙醇当中通过超声波细胞粉碎机进行10min机械破碎，得到所需的SiO2基Janus纳米片，采用3.0s/3.0s间歇超声，破碎功率为390w。然后将SiO2基Janus材料破碎后与异硫氰酸酯荧光素(FITC，FITC是一种具有对氨基官能团进行特异性标记功能的荧光染料)混合，之后采用Olympus FV1000激光扫描共聚焦显微镜对FITC染色过的聚合产物进行荧光表征，在495nm激光照射下激发FITC使其产生明亮的绿色荧光现象，并通过激光扫描共聚焦显微镜拍摄其荧光图像，视野中同时出现完整球状及团聚的碎裂片状结构，经FITC染色并激光激发后仅在碎裂片状结构之上观察到清楚的绿色荧光现象，而完整的空心球体却不存在绿色荧光。这是由于Janus空心球体破碎之后的碎片上，具有氨基基团的内侧表面暴露在外，FITC与内表面的氨基结合，激发后可观察到明亮的荧光出现；完整的Janus球由于FITC染色剂无法进入空心球体内部，故其内侧表面的氨基未被FITC标记，而外表面的环氧基团并不与FITC反应，经激光激发后观察不到荧光现象，表明氨基基团形成在SiO2基Janus材料的内表面，而环氧官能团形成在SiO2基Janus材料的外表面。
[0048] 以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
