最近发表在Advanced Materials Interfaces杂志上的一项研究提出了一种使用水溶助长剂浸涂纤维素纳米晶体的无表面活性剂方法。

用纤维素纳米晶体 (CNC) 等各向异性纳米材料涂覆表面，可赋予表面一些有益的物理化学特性，例如韧性、亲水性和抗冲击性。然而，由纤维素纳米晶体制成的单层涂层受到它们在固-液和气-液界面的浓度的影响。

将水溶助长剂吸附到纤维素纳米晶体上使它们具有轻微的疏水性，使它们能够粘附在气-液和固-液界面上，而不会改变系统的界面张力。

纳米粒子的界面行为：一个有趣的研究领域

近年来，纳米材料在界面处的行为引起了许多研究人员的好奇，因为纳米尺寸材料的尺寸提供了独特的物理化学性质。特别是物理或化学各向异性纳米材料引起了极大的关注，因为它们的特性使其具有广泛的应用吸引力。

各向异性纳米结构可以比球形纳米结构更有效地压缩，因为它们能够在多个方向上排列，因此需要较低的粒子密度来封装界面。

这使得棒和盘等各向异性纳米材料在皮克林稳定性方面更加成功，在食品、药品和化妆品等多个领域都有应用。

用于在界面富集纳米粒子的水溶助长剂

即使是微量的表面活性剂也可能改变各向异性纳米材料的表面电位，从而改变控制其在表面行为的力的复杂平衡。

使用纳米材料作为皮克林稳定剂减少了工业设施中所需的表面活性剂的数量，进一步推动了对替代化合物的研究，这些化合物可以巧妙地改变纳米材料的表面张力，而不会使其本身具有表面活性。

水溶助长剂是小的两亲性增溶化合物，之前已被证明是表面活性剂的合适替代品，用于帮助不对称氧化石墨烯纳米颗粒在界面处的吸附。这鼓励进一步研究水溶助长剂是否有助于在表面集中其他天然存在的和工业上重要的各向异性纳米材料。

各向异性纳米粒子涂层：概述和挑战

各向异性纳米材料涂层适用于赋予材料表面有利的特性。导电性、耐热性和抗菌活性就是这些品质的例子。已发现含有纤维素纳米晶体的涂层可降低玻璃基材的亲水性，同时增加玻璃纤维-环氧树脂基复合材料的界面断裂韧性。

生产此类涂层最可靠的工艺是旋涂，它需要专门的设备，并且在可以使用的基材的尺寸和配置方面受到限制，这在工艺扩展方面存在明显障碍。喷涂和浸涂是两种更为突出的方法。如果寻求有序的单层，它们的可靠性会降低，但更灵活和适应性更强，能源成本更低。

在浸涂过程中，纤维素纳米晶体不易吸附到玻璃上，但在使用表面活性剂时会吸附。随着纳米级涂层技术的发展和在生物医学领域的应用，由于其细胞毒性和炎症倾向，预计涂层过程中使用的表面活性剂将是有害的。

除了具有生物相容性外，生物类似水溶助长剂还可以有效地将各向异性纳米粒子富集到固-液和气-液界面，使水溶助长剂成为调节各向异性纳米材料与界面之间相互作用的合适目标。

当前研究的亮点和主要发展

在这项研究中，研究人员描述了一种在固体表面上生产纤维素纳米晶体单层涂层的独特方法，该方法使用水溶助长剂而不是表面活性剂。

研究人员分析了这些设置以了解浸涂过程，研究了在表面活性剂和水溶助长剂的影响下，纤维素纳米晶体在气-液和固-液界面的基本机制。

与仅有助于纤维素纳米晶体在气-液界面吸附的表面活性剂不同，水溶助长剂有助于气-液和固-液界面的吸附。在水溶助长剂存在的情况下，纤维素纳米晶体被完全吸收到两个不同层的固液界面上，从而形成由更松散连接的外涂层支撑的模块化单层。在气液界面，可能由于分辨率限制，只能产生一个单独的吸附层。

这些好处，包括在调整涂层疏水性方面的增强灵活性和对气-液界面的较低敏感性，可以为未来持久且可扩展地生产各向异性纳米颗粒涂层的无表面活性剂方法铺平道路。