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氧化石墨烯稳定的Pickering乳液及其聚合特性与应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在材料科学、化学工程以及生物医学等众多领域中，乳液体系扮演着至关重要的角色。传统乳液通常依靠表面活性剂来维持其稳定性，然而，表面活性剂的使用往往伴随着一些弊端，如可能对环境造成污染、在某些应用场景下会影响产品的性能等。在此背景下，Pickering乳液应运而生，它以固体颗粒作为稳定剂，吸附在油水界面形成牢固的界面膜，从而有效阻止液滴的聚并，展现出相较于传统乳液更为优异的稳定性，且具有低毒性、环境友好等优势，在药物递送、食品工业、催化反应以及材料制备等领域展现出巨大的应用潜力。

氧化石墨烯（GO）作为一种具有独特二维结构的材料，兼具亲水性和一定程度的疏水性，这种特殊的两亲性质使其能够在油水界面发挥出色的稳定作用，成为制备Pickering乳液的理想稳定剂。基于GO稳定的Pickering乳液不仅继承了Pickering乳液的优点，还融合了GO本身优异的电学、力学和化学性能，为开发新型功能材料开辟了新的途径。通过对GO稳定的Pickering乳液及其聚合过程的深入研究，可以进一步优化乳液的稳定性和性能，拓展其在高性能复合材料、传感器、能量存储等领域的应用，对于推动材料科学的发展和满足社会对高性能材料的需求具有重要意义。

1.2国内外研究现状

国内外学者针对GO稳定的Pickering乳液及其聚合开展了大量研究。在乳液稳定性方面，研究发现GO的浓度、尺寸、表面官能团以及溶液的pH值、离子强度等因素对乳液稳定性有显著影响。如[文献1]通过实验表明，适当增加GO浓度可增强其在油水界面的吸附，形成更致密的界面膜，从而提高乳液稳定性；[文献2]则指出溶液pH值的变化会改变GO表面电荷性质，进而影响其与油滴的相互作用及乳液稳定性。

在聚合研究方面，众多学者致力于探索不同的聚合方法和条件对聚合物/GO复合材料性能的影响。[文献3]采用自由基聚合制备了聚苯乙烯/GO复合微球，研究发现GO的加入显著提高了复合材料的热稳定性和机械性能；[文献4]通过乳液聚合制备了聚丙烯酸酯/GO复合乳液，分析了聚合过程中GO的分散状态对复合材料微观结构和性能的影响。

然而，现有研究仍存在一些不足。一方面，对于GO在油水界面的吸附机理以及界面膜的形成动力学研究不够深入，导致难以从分子层面精确调控乳液稳定性；另一方面，在聚合物/GO复合材料的制备过程中，如何实现GO在聚合物基体中的均匀分散以及二者之间的有效结合，仍然是亟待解决的问题。此外，目前对GO稳定的Pickering乳液聚合产物在一些新兴领域，如人工智能传感器、量子点复合材料等方面的应用研究还相对较少。本研究旨在深入探究GO稳定的Pickering乳液的形成机制和稳定性影响因素，优化聚合过程，开发具有独特性能的聚合物/GO复合材料，并探索其在新兴领域的潜在应用，从而弥补现有研究的不足，为相关领域的发展提供新的理论和技术支持。

1.3研究内容与方法

本研究主要内容包括以下几个方面：首先，系统研究GO的性质（如浓度、尺寸、氧化程度等）、制备条件（如溶液pH值、离子强度、油水比例等）对Pickering乳液稳定性的影响规律，通过实验和理论分析揭示乳液稳定的内在机制。其次，深入探究GO稳定的Pickering乳液的聚合过程，包括聚合动力学、聚合方法（如自由基聚合、乳液聚合等）对聚合物/GO复合材料结构和性能的影响，明确聚合条件与产物性能之间的关系。最后，探索聚合物/GO复合材料在能源存储（如超级电容器、锂离子电池）、环境修复（如污染物吸附、光催化降解）以及生物医学（如药物载体、生物传感器）等领域的潜在应用，评估其应用效果和可行性。

在研究方法上，采用实验研究与理论分析相结合的方式。实验方面，运用溶液共混法、超声分散法等制备GO稳定的Pickering乳液，并通过改变实验条件来调控乳液的组成和结构；利用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等微观表征手段，观察乳液的微观形貌和结构；借助动态光散射（DLS）技术测量乳液粒径及其分布，评估乳液的稳定性；采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱等分析方法，表征GO和聚合物/GO复合材料的化学结构和官能团变化。理论分析方面，运用界面化学、胶体化学等相关理论，建立乳液稳定性模型，解释实验现象，预测乳液性能；通过分子动力学模拟等手段，从分子层面深入研究GO在油水界面的吸附行为和界面膜的形成过程，为实验研究提供理论指导。

二、GO稳定的Pickering乳液