CN103920434A - 一种粒径与形貌可控的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球及其制备方法 - Google Patents
一种粒径与形貌可控的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种粒径与形貌可控的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球及其制备方法，其特征在于：通过在分散相溶液中添加炭黑，并控制收集液的粘度，获得由两个聚四氟乙烯半球构成炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，且在其中一个聚四氟乙烯半球中含有炭黑，含有炭黑的聚四氟乙烯半球呈黑色，不含炭黑的聚四氟乙烯半球呈白色。本发明所制备的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球含炭黑的聚四氟乙烯半球与不含炭黑的聚四氟乙烯半球的分界线明显，球形度较好，聚四氟乙烯材料能抵御恶劣环境，而且不会粘水和油，难与化学试剂发生反应，稳定性较好。
Description
技术领域
本发明属于Janus微球的制备领域，具体涉及炭黑/聚四氟乙烯Janus微球及其制备方法。背景技术
近年来，对于各向异性的Janus微球的研究渐渐成为研究热点。Janus的名称最早是由De Gennes在1991年的诺贝尔奖颁奖大会上提出的，来源于古罗马神话中的一位双面神的名字，用来表述表面两半球面具有不同性质的粒子。由于其两面具有不同的性质，因此其应用前景非常广泛，涉及物理，化学，生物，材料等领域。
其中具有电荷与光学各向异性的微球由于其自身的独特结构，越来越受到人们的重视。如用于显示领域的电子纸，在外加电场下，通过改变电场方向实现两侧颜色不同的粒子的翻转，达到显色的原理。
Daisuke Suzuki等人通过金溅射法，将聚苯乙烯微球上局部覆盖上金，来合成半导体半绝缘体的电荷异性Janus微球。但是这种喷溅的方法其两边的分界线不是非常的清晰，而且难以保证金的分布比较均匀。
而可以精准调控微球尺寸的微流体技术同样受到人们的重视。如Takasi Nisisako采用微流体通道共流法和Shin-Hyun Kim的双毛细管微流体用高粘度的两种流体共流并剪切成液滴来实现Janus微球。这种方法需要保证两种互溶的液体在并行流动时不会发生扩散，因此较难以调节。
获得尺寸可从几十微米到几百微米调控、界面清晰、耐腐蚀且具有电荷与光学异性的微球一直是科学家们努力的方向。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种由两个耐腐蚀的聚四氟乙烯半球构成、且在其中一个聚四氟乙烯半球中含有炭黑的粒径和形貌可控的具有电荷和光学异性特性的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种粒径和形貌可控的具有电荷和光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明粒径与形貌可控的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的制备方法，其特点在于按如下步骤进行：
a、配制分散相溶液：将炭黑加入蒸馏水中，通过球磨使炭黑分散均匀，获得混合液；在所述混合液中加入聚四氟乙烯乳液，通过振荡使聚四氟乙烯乳液与所述混合液混合均匀，然后静置至气泡消失，即得分散相溶液；振荡后会使溶液表面产生气泡，应静置至气泡消失再使用，因为气泡会影响所得分散相液滴的大小均匀性。
所述炭黑、蒸馏水与聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量比为：0.03～0.2：7：3.5；
b、配制收集液：按质量比1：0.1～5，将二甲基硅油与硅油增稠剂混合，搅拌均匀并静置至气泡消失，即得收集液；
c、配制连续相溶液：以二甲基硅油作为连续相溶液；
d、将分散相溶液和连续相溶液通入微流体装置，控制分散相溶液和连续相溶液的流量分别为1～10ul/min和50～200ul/min；
e、在分散相溶液的流出端口处，分散相溶液不断的被连续相溶液剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴；
f、将所述分散相液滴收集到步骤b所配制的收集液中，并通过高温干燥蒸发所述分散相液滴中的水分，使炭黑聚集到分散相液滴的一侧的同时，分散相液滴固化，获得待处理Janus微球；由于液滴内的水分慢慢蒸发，使其最终变成固体微球。同时在这段过程中炭黑会渐渐聚集到其中的一侧。由于硅油的粘度很大，液滴的沉降会非常缓慢，在其沉降到底部之前已经固化，因此球形度较好。
g、将步骤f所得的待处理Janus微球从收集液中取出，用石油醚进行浸泡洗涤，去除所述待处理Janus微球表面的硅油，然后再用乙醇洗去待处理Janus微球表面的石油醚，室温下干燥，获得待煅烧Janus微球；优选的，用石油醚清洗硅油的次数在4次以上，以保证可以完全去除硅油；用乙醇清洗石油醚的次数在2次以上，以保证可以完全去除石油醚。
h、将所述待煅烧Janus微球进行高温煅烧，即得尺寸均一的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
本发明的制备方法，其特点也在于：通过调控分散相溶液和连续相溶液的流量，调控所述分散相液滴的粒径，从而调控所得炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的粒径，获得粒径可控的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
通过调控分散相溶液中炭黑的质量浓度，调控所述分散相液滴的形貌，从而调控所得炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的形貌，获得形貌可控的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
优选的，所述收集液的粘度不低于十万厘泊。收集液的粘度太低会导致液滴沉降速度过快，使液滴在被固化之前就沉到容器底部，使球的底部出现一块扁平的区域。粘度较高可以使球沉降速度变慢，让球在沉到底部之前就已经固化，得到的球形度较好。
优选的，步骤f中高温干燥的条件为：温度90℃，时间24～36小时。
优选的，步骤h中的高温煅烧的条件为200～350℃，2～4小时。温度高于400℃，聚四氟乙烯会发生分解。
本发明进一步提供了通过上述制备方法得到的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，其特点在于：所述微球由两个聚四氟乙烯半球构成，且在其中一个聚四氟乙烯半球中含有炭黑。含有炭黑的聚四氟乙烯半球呈黑色，不含炭黑的聚四氟乙烯半球呈白色。
本发明制备方法得到的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球粒径在100～700微米之间，CV小于3%.
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明所制备的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球中含炭黑的聚四氟乙烯半球与不含炭黑的聚四氟乙烯半球的分界线明显，球形度较好，聚四氟乙烯材料能抵御恶劣环境，而且不会粘水和油，难与化学试剂发生反应，稳定性较好；
2、本发明所制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球由于两个半球都是聚四氟乙烯材质，半球之间的结合力很紧密，难以断开；
3、本发明通过调节分散相与连续相的速度，可以制得不同大小的单分散微球，微球大小可以达到几十到几百微米，拓宽了电荷-光学各向异性微球作为双色拧转球在电子墨水领域的应用；
4、本发明制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的方法，通过调控分散相溶液中炭黑的质量浓度，可以获得形貌可控的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，可以根据后期用于电子纸所需要的分辨率调节含炭黑区域所占的比例。
附图说明
图1为本发明所用微流体控制装置示意图；
图2为本发明微流体装置A部分的放大图；
图3为实施例1制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的光学显微镜照片；
图4为实施例1制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球在电场下翻转的图片；
图5为实施例2制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的光学显微镜照片；
图6为实施例3制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的光学显微镜照片；
图7为实施例4制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的光学显微镜照片；
图8为实施例4制备的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的光学显微镜照片；
图中标号：1-分散相注射泵；2-分散相注射器；3-连续相注射泵；4-连续相注射器；5-分散相软管；6-连续相软管；7-T型三通；8-外导管；9-回收容器；10-收集液；11-毛细管；12-分散相液滴；13-双通；14-连接软管。
具体实施例
首先介绍一下本发明的实施例所采用的微流体控制装置。
如图1、图2所示，微流体控制装置包括安装在连续相注射泵3上的连续相注射器4、安装在分散相注射泵1上的分散相注射器2、T型三通7及回收容器9；
连续相注射器4通过连续相软管6与T型三通7的第一端口相连通；
T型三通7的第二端口连通有外导管8；
T型三通的第三端口与第二端口处在同一直线上；设置在T型三通中的毛细管11的流出端口经第二端口***到外导管8中，流入端口经第三端口与分散相软管5的流出端口相连通，分散相软管5的流入端口与分散相注射器2连通；在外导管的输出端口设置有回收容器9。
具体的，毛细管11与分散相软管5通过双通13连通，毛细管11与外导管8通过连接软管14固定。
输出导管和连续相导管选用聚四氟乙烯管；分散相软管5和连续相软管6的尺寸为外径1590um、内径762um；毛细管11外径为358um，内径为252um。
使用时，将分散相溶液和连续相溶液分别装入分散相注射器2和连续相注射器4，将收集液10装入回收容器9，启动微流体控制装置，控制连续相注射泵3和分散相注射泵1的推进速度，分散相溶液经毛细管，在毛细管11的流出端口（即分散相溶液的流出端口）处，被连续相溶液不断剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴12；分散相液滴12被收集到回收容器9中的收集液10中，
然后将回收容器放入干燥箱中，随着水分的蒸发，液滴逐渐由液态转化为固态微球。伴随着液滴浓缩固化过程，原本均匀分散在分散相液滴中的炭黑逐渐聚集到液滴的一侧并最终形成由黑色的含有炭黑的聚四氟乙烯半球与白色的不含炭黑的聚四氟乙烯半球组成的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。其制备原理为：炭黑微粒均匀分散在聚四氟乙烯乳液中，并在微流体控制装置中形成炭黑均匀分布的聚四氟乙烯乳液液滴。随着液滴固化过程中的水分蒸发，乳液中的离子浓度不断提高，导致炭黑胶粒的ζ电势逐渐降低，最终使得炭黑微粒发生聚集，而此时聚四氟乙烯仍可稳定分散在体系中，直至最后形成一侧含炭黑，另一侧不含炭黑的具有Janus结构的聚四氟乙烯微球。
分散相溶液在注射泵的推动下由导管流入三通中的毛细管，在毛细管的端口受到来自连续相的剪切力形成一个个大小相同的液滴，随着连续相经过外导管流入到用于收集的容器中。由于d液滴和d毛细管指液滴和毛细管的直径，μ连续相和μ分散相是指连续相和分散相的粘度，V连续相和V分散相是指连续相和分散相的速度，K是系数。通过调节毛细管的尺寸，以及连续相和分散相的粘度和速度，我们可以得到不同大小的液滴。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明相关内容。需要指出的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例按如下步骤制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球：
a、配制分散相溶液：将0.1g炭黑加入7g蒸馏水中，通过行星式球磨机球磨（公转速度为200rpm）4小时使炭黑分散均匀，获得混合液；在混合液中加入7g聚四氟乙烯乳液（聚四氟乙烯浓度为50%），通过超声波振荡（频率53KHz,20分钟）使聚四氟乙烯乳液与混合液混合均匀，然后静置至气泡消失，即得分散相溶液；
b、配制收集液：将40g粘度为500厘泊的二甲基硅油与40g增稠剂（雷邦化工RB-1200二甲基硅油100万cs）混合，搅拌均匀并静置至气泡消失，即得收集液，收集液的粘度为十万厘泊。
c、配制连续相溶液：以粘度为500厘泊的二甲基硅油作为连续相溶液；
d、将分散相溶液和连续相溶液分别装入微流体控制装置的1ml分散相注射泵和20ml连续相注射泵，将收集液装入回收容器，控制分散相溶液和连续相溶液的流量分别为1ul/min和50ul/min，毛细管尺寸为内径252um、外径358um；分散相软管5和连续相软管6的尺寸为外径1590um、内径762um；用于导出液滴的外导管尺寸为内径1.6mm，外径3.2mm；
e、启动装置，在分散相溶液的流出端口处，分散相溶液不断的被连续相溶液剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴；
f、将分散相液滴收集到回收容器中的收集液中，并通过高温干燥（90℃，24小时）蒸发分散相液滴中的水分，使炭黑聚集到分散相液滴的一侧的同时，分散相液滴固化，获得待处理Janus微球；
g、将步骤f所得的待处理Janus微球从收集液中取出，在通风柜中用石油醚进行浸泡洗涤，去除待处理Janus微球表面的硅油，然后再用乙醇洗去待处理Janus微球表面的石油醚，室温下干燥，获得待煅烧Janus微球；用石油醚清洗硅油的次数为4次，以保证可以完全去除硅油；用乙醇清洗石油醚的次数为2次，以保证可以完全去除石油醚。
h、将待煅烧Janus微球进行高温煅烧（300℃，2小时），即得尺寸均一的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
图3为所得微球的光学显微镜图片，可以看出微球由两个半球组成，含有炭黑的聚四氟乙烯半球呈黑色，不含炭黑的聚四氟乙烯半球呈白色。微球粒径均一，具有单分散性，粒径为640um。
所得微球的光学异性体现在一半是黑色，一半是白色。
电荷异性体现在如下：含炭黑的半球和不含炭黑的半球在外电场中由于具有不同的电性质，因此会产生电偶极子，将微球放在两块电极板之间，加上电压100V，球发生翻转，如图4所示。
实施例2
本实施例按如下步骤制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球：
a、配制分散相溶液：将0.1g炭黑加入7g蒸馏水中，通过行星式球磨机球磨（公转速度为200rpm）4小时使炭黑分散均匀，获得混合液；在所述混合液中加入7g聚四氟乙烯乳液（聚四氟乙烯浓度为50%），通过超声波振荡（频率53KHz,20分钟）使聚四氟乙烯乳液与所述混合液混合均匀，然后静置至气泡消失，即得分散相溶液；
b、配制收集液：将40g粘度为500厘泊的二甲基硅油与40g增稠剂（雷邦化工RB-1200二甲基硅油100万cs）混合，搅拌均匀并静置至气泡消失，即得收集液，收集液的粘度十万厘泊。
c、配制连续相溶液：以粘度为500厘泊的二甲基硅油作为连续相溶液；
d、将分散相溶液和连续相溶液分别装入微流体控制装置的1ml分散相注射泵和20ml连续相注射泵，将收集液装入回收容器，控制分散相溶液和连续相溶液的流量分别为1ul/min和100ul/min，毛细管尺寸为内径252um、外径358um；分散相软管5和连续相软管6的尺寸为外径1590um、内径762um；用于导出液滴的外导管尺寸为内径1.6mm，外径3.2mm；
e、启动装置，在分散相溶液的流出端口处，分散相溶液不断的被连续相溶液剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴；
f、将所述分散相液滴收集到回收容器中的收集液中，并通过高温干燥（90℃，24小时）蒸发所述分散相液滴中的水分，使炭黑聚集到分散相液滴的一侧的同时，分散相液滴固化，获得待处理Janus微球；
g、将步骤f所得的待处理Janus微球从收集液中取出，在通风柜中用石油醚进行浸泡洗涤，去除所述待处理Janus微球表面的硅油，然后再用乙醇洗去待处理Janus微球表面的石油醚，室温下干燥，获得待煅烧Janus微球；用石油醚清洗硅油的次数为4次，以保证可以完全去除硅油；用乙醇清洗石油醚的次数为2次，以保证可以完全去除石油醚。
h、将待煅烧Janus微球进行高温煅烧（300℃，2小时），即得尺寸均一的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
图5为所得微球的光学显微镜图片，可以看出微球由两个半球组成，含有炭黑的聚四氟乙烯半球呈黑色，不含炭黑的聚四氟乙烯半球呈白色。微球粒径均一，具有单分散性，粒径为470um。
本实施例按与实施例1相同的方式制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，区别在于：连续相溶液的流量变为由50ul/min增加到100ul/min，微球的直径从640um降低至470um。可以看到，增加连续相的流量，所得的微球直径降低。因此通过调整连续相流量可以实现粒径的调控。
实施例3
本实施例按如下步骤制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球：
a、配制分散相溶液：将0.1g炭黑加入7g蒸馏水中，通过行星式球磨机球磨（公转速度为200rpm）4小时使炭黑分散均匀，获得混合液；在混合液中加入7g聚四氟乙烯乳液（聚四氟乙烯浓度为50%），通过超声波振荡（频率53KHz,20分钟）使聚四氟乙烯乳液与混合液混合均匀，然后静置至气泡消失，即得分散相溶液；
b、配制收集液：将40g粘度为500厘泊的二甲基硅油与40g增稠剂（雷邦化工RB-1200二甲基硅油100万cs）混合，搅拌均匀并静置至气泡消失，即得收集液，收集液的粘度十万厘泊。
c、配制连续相溶液：以粘度为500厘泊的二甲基硅油作为连续相溶液；
d、将分散相溶液和连续相溶液分别装入微流体控制装置的1ml分散相注射泵和20ml连续相注射泵，将收集液装入回收容器，控制分散相溶液和连续相溶液的流量分别为1ul/min和150ul/min，毛细管尺寸为内径252um、外径358um；分散相软管5和连续相软管6的尺寸为外径1590um、内径762um；用于导出液滴的外导管尺寸为内径1.6mm，外径3.2mm；
e、启动装置，在分散相溶液的流出端口处，分散相溶液不断的被连续相溶液剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴；
f、将分散相液滴收集到回收容器中的收集液中，并通过高温干燥（90℃，24小时）蒸发所述分散相液滴中的水分，使炭黑聚集到分散相液滴的一侧的同时，分散相液滴固化，获得待处理Janus微球；
g、将步骤f所得的待处理Janus微球从收集液中取出，在通风柜中用石油醚进行浸泡洗涤，去除所述待处理Janus微球表面的硅油，然后再用乙醇洗去待处理Janus微球表面的石油醚，室温下干燥，获得待煅烧Janus微球；用石油醚清洗硅油的次数为4次，以保证可以完全去除硅油；用乙醇清洗石油醚的次数为2次，以保证可以完全去除石油醚。
h、将待煅烧Janus微球进行高温煅烧（300℃，2小时），即得尺寸均一的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
图6为所得微球的光学显微镜图片，可以看出微球由两个半球组成，含有炭黑的聚四氟乙烯半球呈黑色，不含炭黑的聚四氟乙烯半球呈白色。微球粒径均一，具有单分散性，粒径为107um。
本实施例按与实施例2相同的方式制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，区别在于：连续相溶液的流量变为由100ul/min增加到150ul/min，微球的直径从470um降低至107um。可以看到，继续增加连续相的流量，所得的微球直径仍然降低。因此，实施例1、2、3对比可知通过调整连续相流量可以实现粒径的调控。
实施例4
本实施例按如下步骤制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球：
a、配制分散相溶液：将0.03g炭黑加入7g蒸馏水中，通过行星式球磨机球磨（公转速度为200rpm）4小时使炭黑分散均匀，获得混合液；在混合液中加入7g聚四氟乙烯乳液（聚四氟乙烯浓度为50%），通过超声波振荡（频率53KHz,20分钟）使聚四氟乙烯乳液与混合液混合均匀，然后静置至气泡消失，即得分散相溶液；
b、配制收集液：将40g粘度为500厘泊的二甲基硅油与40g增稠剂（雷邦化工RB-1200二甲基硅油100万cs）混合，搅拌均匀并静置至气泡消失，即得收集液，收集液的粘度十万厘泊。
c、配制连续相溶液：以粘度为500厘泊的二甲基硅油作为连续相溶液；
d、将分散相溶液和连续相溶液分别装入微流体控制装置的1ml分散相注射泵和20ml连续相注射泵，将收集液装入回收容器，控制分散相溶液和连续相溶液的流量分别为1ul/min和100ul/min，毛细管尺寸为内径252um、外径358um；分散相软管5和连续相软管6的尺寸为外径1590um、内径762um；用于导出液滴的外导管尺寸为内径1.6mm，外径3.2mm；
e、启动装置，在分散相溶液的流出端口处，分散相溶液不断的被连续相溶液剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴；
f、将分散相液滴收集到回收容器中的收集液中，并通过高温干燥（90℃，24小时）蒸发所述分散相液滴中的水分，使炭黑聚集到分散相液滴的一侧的同时，分散相液滴固化，获得待处理Janus微球；
g、将步骤f所得的待处理Janus微球从收集液中取出，在通风柜中用石油醚进行浸泡洗涤，去除所述待处理Janus微球表面的硅油，然后再用乙醇洗去待处理Janus微球表面的石油醚，室温下干燥，获得待煅烧Janus微球；用石油醚清洗硅油的次数为4次，以保证可以完全去除硅油；用乙醇清洗石油醚的次数为2次，以保证可以完全去除石油醚。
h、将待煅烧Janus微球进行高温煅烧（300℃，2小时），即得尺寸均一的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
图7为所得微球的光学显微镜图片，可以看出微球由两个半球组成，含有炭黑的聚四氟乙烯半球呈黑色，不含炭黑的聚四氟乙烯半球呈白色。微球粒径均一，具有单分散性，粒径为470um。
本实施例按与实施例2相同的方式制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，区别在于：炭黑含量由0.1g降低到0.03g，微球由一半含炭黑一半不含炭黑变为炭黑部分少于不含炭黑部分。可以看到，降低炭黑的含量，所得的微球炭黑部分比例降低。通过调整炭黑的含量可以实现粒径形貌的调控。
实施例5
本实施例按如下步骤制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球：
a、配制分散相溶液：将0.15g炭黑加入7g蒸馏水中，通过行星式球磨机球磨（公转速度为200rpm）4小时使炭黑分散均匀，获得混合液；在所述混合液中加入7g聚四氟乙烯乳液（聚四氟乙烯浓度为50%），通过超声波振荡（频率53KHz,20分钟）使聚四氟乙烯乳液与所述混合液混合均匀，然后静置至气泡消失，即得分散相溶液；
b、配制收集液：将40g粘度为500厘泊的二甲基硅油与40g增稠剂（雷邦化工RB-1200二甲基硅油100万cs）混合，搅拌均匀并静置至气泡消失，即得收集液，收集液的粘度十万厘泊。
c、配制连续相溶液：以粘度为500厘泊的二甲基硅油作为连续相溶液；
d、将分散相溶液和连续相溶液分别装入微流体控制装置的1ml分散相注射泵和20ml连续相注射泵，将收集液装入回收容器，控制分散相溶液和连续相溶液的流量分别为1ul/min和100ul/min，毛细管尺寸为内径252um、外径358um；分散相软管5和连续相软管6的尺寸为外径1590um、内径762um；用于导出液滴的外导管尺寸为内径1.6mm，外径3.2mm；
e、启动装置，在分散相溶液的流出端口处，分散相溶液不断的被连续相溶液剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴；
f、将分散相液滴收集到回收容器中的收集液中，并通过高温干燥（90℃，24小时）蒸发所述分散相液滴中的水分，使炭黑聚集到分散相液滴的一侧的同时，分散相液滴固化，获得待处理Janus微球；
g、将步骤f所得的待处理Janus微球从收集液中取出，在通风柜中用石油醚进行浸泡洗涤，去除所述待处理Janus微球表面的硅油，然后再用乙醇洗去待处理Janus微球表面的石油醚，室温下干燥，获得待煅烧Janus微球；用石油醚清洗硅油的次数为4次，以保证可以完全去除硅油；用乙醇清洗石油醚的次数为2次，以保证可以完全去除石油醚。
h、将待煅烧Janus微球进行高温煅烧（300℃，2小时），即得尺寸均一的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
图8为所得微球的光学显微镜图片，可以看出微球由两个半球组成，含有炭黑的聚四氟乙烯半球呈黑色，不含炭黑的聚四氟乙烯半球呈白色。微球粒径均一，具有单分散性，粒径为470um。
本实施例按与实施例2相同的方式制备具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，区别在于：炭黑含量由0.1g增加到0.15g，微球由一半含炭黑一半不含炭黑变为炭黑部分多于不含炭黑部分。可以看到，增加炭黑的质量浓度，所得的微球炭黑部分比例增加。对比实施例2、4、5可知，通过调整分散相溶液中炭黑的质量浓度可以实现粒径形貌的调控。
Claims (8)
1.一种粒径与形貌可控的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
a、配制分散相溶液：将炭黑加入蒸馏水中，通过球磨使炭黑分散均匀，获得混合液；在所述混合液中加入聚四氟乙烯乳液，通过振荡使聚四氟乙烯乳液与所述混合液混合均匀，然后静置至气泡消失，即得分散相溶液；
所述炭黑、蒸馏水与聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量比为：0.03～0.2：7：3.5；
b、配制收集液：按质量比1：0.1～5，将二甲基硅油与硅油增稠剂混合，搅拌均匀并静置至气泡消失，即得收集液；
c、配制连续相溶液：以二甲基硅油作为连续相溶液；
d、将分散相溶液和连续相溶液通入微流体控制装置，控制分散相溶液和连续相溶液的流量分别为1～10ul/min和50～200ul/min；
e、在分散相溶液的流出端口处，分散相溶液被连续相溶液不断剪切，形成均匀分散有炭黑的分散相液滴；
f、将所述分散相液滴收集到步骤b所配制的收集液中，并通过高温干燥蒸发所述分散相液滴中的水分，使炭黑聚集到分散相液滴的一侧的同时，分散相液滴固化，获得待处理Janus微球；
g、将步骤f所得的待处理Janus微球从收集液中取出，用石油醚进行浸泡洗涤，去除所述待处理Janus微球表面的硅油，然后再用乙醇洗去待处理Janus微球表面的石油醚，室温下干燥，获得待煅烧Janus微球；
h、将所述待煅烧Janus微球进行高温煅烧，即得尺寸均一的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过调控分散相溶液和连续相溶液的流量，调控所述分散相液滴的粒径，从而调控所得炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的粒径，获得粒径可控的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过调控分散相溶液中炭黑的质量浓度，调控所述分散相液滴的形貌，从而调控所得炭黑/聚四氟乙烯Janus微球的形貌，获得形貌可控的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述收集液的粘度不低于十万厘泊。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤f中高温干燥的条件为：温度90℃，时间24～36小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤h中的高温煅烧的条件为200～350℃，2～4小时。
7.权利要求1～6任意一项所述制备方法得到的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球。
8.根据权利要求7所述的具有电荷与光学异性特征的炭黑/聚四氟乙烯Janus微球，其特征在于：所述微球由两个聚四氟乙烯半球构成，且在其中一个聚四氟乙烯半球中含有炭黑。
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