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  通過將納米顆粒與聚合物基體相復合，可以獲得綜合性能優異的聚合物基納米復合（PNC）材料。在PNC材料的制備過程中，如何實現納米顆粒在聚合物基體中的高效均一分散，并通過功能性粒子的有效復合實現特定的PNC應用，成為了一項重要的挑戰。共混法、原位聚合法和溶膠-凝膠法等已被用于實現納米顆粒在聚合物基體中的分散，然而這些方法均存在化學過程復雜、原料不易獲得等限制，且很難同時實現納米顆粒在聚合物基體中的均一分散和選擇性表面分布。

  近日，寧波大學孫巍團隊提出一種基于純物理過程實現納米粒子高效分散的納米復合膜制備方法�；谒文０澹�BF）界面誘導過程，并利用Janus粒子界面組裝特性，通過一步法制備得到具有高比表面積、粒子均一分散且實現表面高選擇性修飾的PNC薄膜，并利用Ag和TiO₂納米顆粒的性能特點分別實現PNC膜的抗菌及光催化應用（圖1）。

  研究團隊通過膠質體法制備得到了具有樹莓狀結構的Janus粒子，并利用兩親化表面改性，獲得物理與化學雙異質性的Janus粒子（圖2）。進一步通過將Janus粒子加入聚合物溶液中并實施BF成膜過程成功制備了多孔型PNC薄膜。在BF過程中，所澆筑液膜的表面層與底面層之間的溫差會直接影響溶劑揮發及所造成Marangoni對流過程，而這也會進一步影響液膜內Janus粒子受Pickering乳化效應所實現的界面組裝行為，以及模板水滴陣列的排列規整性和尺寸均一性�；谝陨险J識，研究團隊通過實驗調控，在低溫條件下實現了Janus粒子在聚合物基體內的均一分散以及在孔洞內壁處的局部選擇性分布（圖2）。

  研究團隊進一步研究了不同類型的物理/化學異質性粒子在BF過程中的界面組裝行為，結果表明，兩親樹莓狀Janus粒子在孔洞內壁上表現出疏水化修飾面的選擇性朝向，而樹莓狀Janus粒子的納米銀修飾面呈現較為隨機的朝向行為（圖3）。

圖3.不同類型Janus粒子修飾的多孔膜形貌

  研究團隊以耐甲氧西林金黃色葡萄球菌為模型細菌，考察了利用界面誘導自組裝策略制備的Ag納米粒子附著的Janus粒子修飾多孔復合膜的抗菌性能。研究團隊選擇了具有四種不同類型粒子修飾的多孔復合膜樣品，用以比較樣品薄膜的抗菌性能。結果顯示樹莓狀Janus粒子修飾的多孔復合膜樣品在含銀量極低的情況下，抗菌率高達94%。而兩親性Janus粒子由于大部分納米Ag嵌入聚合物基體中，其樣品薄膜抗菌率約為80%。此外，采用BF策略成功實現了TiO₂納米顆粒復合PNC薄膜的制備，TiO₂顆粒在聚合物基體中同樣實現了均勻分散和局部高選擇分布的修飾特點，所制備的PNC薄膜被證明具有良好的光催化性能（圖4）。

圖4. 不同類型粒子修飾多孔膜的抗菌性能及TiO₂納米顆粒修飾多孔膜的光催化性能

  該研究構建了一種利用純物理過程實現PNC薄膜材料制備的有效策略，為實現納米粒子在聚合物基體中的高效分散開辟了新的途徑，并初步開拓了該方法制備得到的PNC功能薄膜在抗菌及光催化領域的應用。相關研究成果以“Fabrication of Nanocomposite Film Decorated with Highly Dispersive Nanoparticles by Following Interface-Induced Strategy”為題發表在Chemical Communications（2022, DOI: 10.1039/D2CC01871C）上，寧波大學材料科學與化學工程學院的孫巍副教授為本文通訊作者，寧波大學姜淑娟教授和浙江大學金橋教授為共同署名作者，寧波大學碩士研究生馬睿為第一作者。該工作獲得了浙江省自然科學基金的資助。

  寧波大學孫巍副教授領銜的團隊多年來深入開展水滴模板（BF）類方法的基礎和應用型研究，近年來在BF相關領域發表多篇研究論文（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 47048；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 4177；Chem. Commun., 2021, 57, 6620; Chem. Commun., 2020, 56, 4808；Colloid Surface A, 2020, 603, 125183；ACS Biomater. Sci. Eng., 2019, 5, 6610）。