表面活性剂的典型功能
表面活性剂易于吸附和自聚集的基本性质衍生出多种多样的功能。表面活性剂的疏水尾链能够插入油污以降低油/水界面张力, 在机械搅动等辅助下, 进一步将其增溶, 形成溶胀的胶束或乳液。这正是其去污的机理。洗涤, 在表面活性剂许多应用场景中扮演着重要角色。日常生活中, 表面活性剂广泛存在于各类洗涤用品如洗衣粉、洗洁精、洗发膏中, 是这类产品的核心成分。
工农业生产中, 从车辆清洗到三次采油助剂, 无不利用了表面活性剂的这一特性。在前沿基础研究中, 用相同的原理, 可将结构复杂的难溶物溶解于水中, 形成均一、稳定的溶液。典型的如稀土配合物、富勒烯C60等。当不溶于水的客体尺寸较大时, 表面活性剂不能辅助其彻底溶解, 而只能包覆在其表面, 起到分散、稳定的作用, 典型的如一维的、表面疏水的碳纳米管。当我们从能量的角度来审视上述的过程, 可以发现, 这实际上是表面活性剂降低固/液界面界面能的过程。同样地, 表面活性剂的两亲性保证了其在液液界面上的吸附, 产生降低液/液界面能的效果, 典型的应用就是乳化。,水(绿色)和甲苯(红色)互不相溶, 当向混合液中加入表面活性剂烷基糖苷时, 甲苯与水的界面能降低, 这意味着即使水和甲苯的液/液界面的面积增大体系也可以稳定存在, 因此, 甲苯可以以小尺寸液滴的形式存在水相之内, 形成稳定的乳状液。同理, 当不溶性气体被液体分散(包裹)时, 可以形成泡沫体系, 表面活性剂对气/液界面界面能(表面张力)的降低对于增强泡沫稳定性具有积极作用。得益于表面活性剂科学的发展, 目前发泡领域已经由水相扩展到油相, 发泡性能和泡沫稳定性也达到了较高的水平。一项近期的工作展示了十八烷基蔗糖酯在特级初榨橄榄油发泡体系中的良好发泡性和高温稳定性, 相关工作在食品科学领域具有重要应用价值
在表面活性剂溶液内部, 表面活性剂形成胶束后可以作为一类优良的软模板, 不仅形成的结构均一稳定, 而且容易脱除, 在无机半导体量子点、硅纳米颗粒、分子筛等材料的合成中扮演着重要角色。有趣的是, 表面活性剂软模板还可以与硅纳米颗粒等硬模板协同使用, 例如, 在制备中空、介孔贵金属材料时, 表面活性剂可与贵金属盐共同负载在硬模板表面, 为后续形成的贵金属颗粒提供介孔模板这种方法形成的介孔金属纳米颗粒具有高的比表面积, 是一种优良的电催化剂。表面活性剂形成的胶束内部往往呈非(微)极性状态, 当少量非极性组分加入表面活性剂溶液时, 其可以被胶束包裹, 形成热力学稳定的微乳液体系。
除了极高的稳定性, 微乳液还具有光学透明的特性, 因此,微乳液在负载油溶性药物、开发胶体光学等领域具有不可替代的作用。在表面活性剂浓度较高时, 还可形成不同类型的液晶, 称之为溶致液晶。作为具有长程有序结构的软材料, 液晶兼具液体的流动性和晶体的有序性, 以液晶为模板合成的材料往往在结构上具有良好的可控性和可塑性, 因而在光学、生命科学、材料学和化妆品科学等领域均获得了广泛关注
