浙江大学高超教授课题组：微流控法制备氧化石墨烯非球形液滴及其形貌研究

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随着微电子-机械系统飞速发展，国内外科研工作者对微流控技术进行了大量的研究和理论模拟，并且开发了制备微流控芯片的成熟方法。由于微纳尺度下流体所表现出极强的界面张力作用，制备的液滴形态往往是球状。非牛顿流体在微尺度下的流动、液滴生成及形态调控方面仍然存在着许多问题，无法实现精准调控液滴的形态。氧化石墨烯作为一种二维大分子，不同于一维线性高分子，具有丰富的液晶形态和超长的松弛时间，并且相比于聚合物溶液，氧化石墨烯片层之间无链缠结，即使在极高的浓度下也几乎无拉伸性能，为微尺度下非球形液滴的成形提供了可能。

基于上述背景，浙江大学高分子科学与工程学系高超教授课题组采用微流控方法，以氧化石墨烯水相溶液作为间断相，Isopar G(C10H24)作为流动相，乙酰聚乙烯乙二醇作为表面活性剂，制备了包括泪滴形等不同形貌的氧化石墨烯液晶液滴，并探究了表面张力、相对流速和粘弹性对其形貌的影响。图1 使用微流控技术制备非球形氧化石墨烯液滴的过程

图2  不同流动工况下氧化石墨烯微球的形状相图

分别探究了黏弹性、相对流速以及界面张力对氧化石墨烯微球形状的影响，利用一个形变参数（AR）来描述液滴的形变程度。可以发现黏弹性和相对流速的增大会使得AR增大，形变更加明显，趋于泪滴状，而界面张力的增大会使得AR减小，使液滴趋于球形。
图3  浓度分别为2 mg/mL和9 mg/mL的氧化石墨烯微球形状表格

图4  氧化石墨烯微球形貌和组装

氧化石墨烯液滴经过冷冻干燥之后，发现其拥有独特的内部结构，呈现类洋葱的包裹结构。球形液滴中，石墨烯片在界面张力的作用下围绕球体表面排列。从偏光显微镜中可以看出，在泪滴状液滴中，靠近液滴表层的石墨烯片取向明显。而不同形状的液滴经过不同程度的融合可以呈现丰富的形状结构。

马飘硕士研究生是该论文的第一作者，高微微副教授和高超教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金(基金号52090030, 51533008, 51703194, 51973191, 51873191，51803177)的资助。该工作发即将于Chinese Journal of Polymer Science 印刷出版，欢迎关注。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s10118-021-2619-7

来源：高分子科学

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