纺锤形二氧化硅胶体粒子的制备及组装

doi:10.7503/cjcu20250336

高等学校化学学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2): 20250336.doi: 10.7503/cjcu20250336

纺锤形二氧化硅胶体粒子的制备及组装

陈广东¹(), 暴崧旭², 聂志鸿³, 刘堃², 杨扬²()

^1.吉林建筑大学材料科学与工程学院, 长春 130118
^2.吉林大学化学学院, 超分子结构与材料全国重点实验室, 长春 130012
^3.复旦大学高分子科学系, 聚合物分子工程全国重点实验室, 上海 200438

收稿日期:2025-11-05 出版日期:2026-02-10 发布日期:2025-12-08
通讯作者: 陈广东,杨扬 E-mail:chenguangdong@jlju.edu.cn;yangchem@jlu.edu.cn
作者简介:第一联系人：共同第一作者.
基金资助:
国家自然科学基金(22472065);国家自然科学基金(22122203);国家自然科学基金(52073114);吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20250976KJ)

Synthesis and Assembly of Spindle-shaped Silica Colloidal Particles

CHEN Guangdong¹(), BAO Songxu², NIE Zhihong³, LIU Kun², YANG Yang²()

^1.School of Materials Science and Engineering，Jilin Jianzhu University，Changchun 130118，China
^2.State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials，College of Chemistry，Jilin University，Changchun 130012，China
^3.State Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers，Department of Macromolecular Science，Fudan University，Shanghai 200438，China

Received:2025-11-05 Online:2026-02-10 Published:2025-12-08
Contact: CHEN Guangdong, YANG Yang E-mail:chenguangdong@jlju.edu.cn;yangchem@jlu.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22472065);the Science and Technology Research Project of the Education Department of Jilin Province, China(JJKH20250976KJ)

1. ESM to 20250336.pdf(734KB)

摘要/Abstract

摘要：

采用分段控温微乳液法制备了具有不同形状参数和尺寸的各向异性纺锤形二氧化硅胶体粒子(SSCPs). 扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明, SSCPs具有中间粗、两端细的纺锤形状, 并且尺寸形貌均一. 以SSCPs为组装基元, 通过毛细管重力沉积在形状熵驱动下组装成胶体液晶(包括近晶相、向列相和无序相). 以SSCPs粒子的总长度(L)为横坐标、端部与中段直径比值(D_e/D_c)为纵坐标绘制液晶相图, 当L > 1.31 μm且D_e/D_c < 0.72时, SSCPs可抑制近晶相的形成, 并诱导向列相的形成.

关键词: 胶体液晶, 组装, 二氧化硅胶体粒子, 向列相, 纺锤形

Abstract:

Anisotropic spindle-shaped silica colloidal particles（SSCPs） with tunable geometrical parameters and sizes were synthesized via a segmented， temperature-controlled microemulsion method. Scanning electron microscopy（SEM） characterization results showed that the SSCPs possess a uniform spindle-like morphology with a thicker middle segment and two thinner ends. Using these SSCPs as building blocks， colloidal liquid crystals were assembled driven by shape entropy via gravity sedimentation in a capillary. The resulting structures included smectic， nematic， and isotropic phases. A phase diagram was constructed with the total length（L） of SSCPs as the horizontal axis and the end-to-center diameter ratio（D_e/D_c） as the vertical axis. When L>1.31 μm and D_e/D_c<0.72， the formation of the smectic phase was effectively suppressed， and the nematic phase was preferentially induced.

Key words: Colloidal liquid crystal, Assembly, Silica colloidal particles, Nematic phase, Spindle-shape

中图分类号:

O648

TrendMD:

陈广东, 暴崧旭, 聂志鸿, 刘堃, 杨扬. 纺锤形二氧化硅胶体粒子的制备及组装. 高等学校化学学报, 2026, 47(2): 20250336.

CHEN Guangdong, BAO Songxu, NIE Zhihong, LIU Kun, YANG Yang. Synthesis and Assembly of Spindle-shaped Silica Colloidal Particles. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(2): 20250336.

图/表 5

Fig.1 SEM images of SSCP⁃1(A), SSCP⁃2(B), SSCP⁃3(C), SSCP⁃4(D), SSCP⁃5(E), SSCP⁃6(F), SSCP⁃7(G) and SSCP⁃8(H)

Table 1 Parameters of SSCPs with different L or De/Dc*

Sample	D_e/μm	D_c/μm	D_e/D_c	L_e1/μm	L_e2/μm	L_c/μm	L/μm
SSCP⁃1	0.22±0.03	0.28±0.03	0.79±0.08	0.31±0.05	0.53±0.05	0.51±0.07	1.35±0.11
SSCP⁃2	0.24±0.04	0.38±0.04	0.64±0.07	0.76±0.07	0.35±0.04	0.33±0.08	1.44±0.15
SSCP⁃3	0.20±0.04	0.33±0.04	0.61±0.07	0.61±0.07	0.54±0.06	0.26±0.03	1.41±0.13
SSCP⁃4	0.21±0.03	0.29±0.03	0.72±0.08	0.46±0.05	1.06±0.07	0.49±0.04	2.01±0.11
SSCP⁃5	0.26±0.05	0.36±0.06	0.72±0.07	0.50±0.07	0.91±0.07	0.33±0.04	1.74±0.14
SSCP⁃6	0.21±0.04	0.29±0.04	0.72±0.07	0.62±0.07	0.26±0.04	0.33±0.04	1.21±0.10
SSCP⁃7	0.20±0.03	0.26±0.03	0.78±0.08	0.60±0.08	0.64±0.07	0.67±0.05	1.91±0.13
SSCP⁃8	0.34±0.06	0.49±0.06	0.70±0.06	0.67±0.08	0.64±0.06	0.38±0.05	1.69±0.14

图2

Fig.2 SEM images of SSCP⁃1: smectic(A), SSCP⁃2: nematic(B), SSCP⁃3: isotropic(C), SSCP⁃4: smectic(D), SSCP⁃5: nematic(E), SSCP⁃6: isotropic(F)

Fig.3 Influence of the position of middle segment on liquid crystal phaseSEM（A， B） and POM（C， D） images of SSCP⁃7： symmetric， smectic（A， C） and SSCP⁃8： symmetric， nematic（B， D）. The insets in （A） and （B） show schematic illustrations of the particle arrangements in the smectic and nematic phases， respectively， while the insets in （C） and （D） display magnified views of the corresponding polarized optical textures.

Fig.4 Phase diagram of SSCPs based on experimental resultsInset： schematic illustrations of the particle arrangementsin the smectic， nematic and isotropic phases， respectively.

参考文献 28

[1]	Schadt M.， Annu. Rev. Mater. Res.， 1997， 27， 305—379
[2]	Du P.， Guo J.， Dong Q.， Infrared， 2007， 28， 4—8
[3]	Wang Z.， Xu T.， Noel A.， Chen Y. C.， Liu T.， Soft Matter， 2021， 17， 4675—4702
[4]	Bailly⁃Reyre A.， Diep H. T.， Symmetry， 2020， 12， 1—13
[5]	Vogel N.， Retsch M.， Fustin C. A.， Del Campo A.， Jonas U.， Chem. Rev.， 2015， 115， 6265—6311
[6]	Smalyukh I. I.， Annu. Rev. Condens. Matter Phys.， 2018， 9， 207—226
[7]	Lapointe C. P.， Mason T. G.， Smalyukh I. I.， Science， 2009， 326， 1083—1086
[8]	Stark H.， Phys. Rep.， 2001， 351， 387—474
[9]	Ravnik M.， Alexander G. P.， Yeomans J. M.， Žumer S.， Proc. Natl. Acad. Sci.， 2011， 108， 5188—5192
[10]	Manoharan V. N.， Science， 2015， 349， 1253751
[11]	Wang T.， La Montagne D.， Lynch J.， Zhuang J. Q.， Cao Y. C.， Chem. Soc. Rev.， 2013， 42， 2804—2823
[12]	Shopsowitz K. E.， Qi H.， Hamad W. Y.， MacLachlan M. J.， Nature， 2010， 468， 422—425
[13]	Zhang J. H.， Li Y. F.， Zhang X. M.， Yang B.， Adv. Mater.， 2010， 22， 4249—4269
[14]	Li F.， Josephson D. P.， Stein A.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2011， 50， 360—388
[15]	Marechal M.， Kortschot R. J.， Demirörs A. F.， Imhof A.， Dijkstra M.， Nano Lett.， 2010， 10， 1907—1911
[16]	Van der Kooij F. M.， Kassapidou K.， Lekkerkerker H. N.， Nature， 2000， 406， 868—871
[17]	Van den Pol E.， Petukhov A. V.， Thies⁃Weesie D. M. E.， Byelov D. V.， Vroege G. J.， Phys. Rev. Lett.， 2009， 103， 258301
[18]	Kuijk A.， Byelov D. V.， Petukhov A. V.， van Blaaderen A.， Imhof A.， Faraday Discuss.， 2012， 159， 181—199
[19]	Besseling T. H.， Hermes M.， Kuijk A.， De Nijs B.， Deng T. S.， Dijkstra M.， Imhof A.， Van Blaaderen A.， J. Phys.： Condens. Matter， 2015， 27， 1—13
[20]	Yang Y.， Chen G. D.， Thanneeru S.， He J.， Liu K.， Nie Z. H.， Nat. Commun.， 2018， 9， 1—8
[21]	Yang Y.， Chen G. D.， Martinez-Miranda L. J.， Yu H.， Liu K.， Nie Z. H.， J. Am. Chem. Soc.， 2016， 138， 68—71
[22]	Chen G. D.， Pei H. W.， Zhang X. F.， Shi W.， Liu M. J.， Faul C. J.， Yang B.， Zhao Y.， Liu K.， Lu Z. Y.， Nie Z. H.， Yang Y.， Nat. Commun.， 2022， 13， 1—8
[23]	Yang Y.， Pei H. W.， Chen G. D.， Webb K. T.， Martinez-Miranda L. J.， Lloyd I. K.， Lu Z. Y.， Liu K.， Nie Z. H.， Sci. Adv.， 2018， 4， 1—7
[24]	Sacanna S.， Pine D. J.， Curr. Opin. Colloid In.， 2011， 16， 96—105
[25]	Van der Beek D.， Lekkerkerker H. N.， Langmuir， 2004， 20， 8582—8586
[26]	Lagerwall J. P.， Giesselmann F.， Chem. Phys. Chem.， 2006， 7， 20—45
[27]	Tschierske C.， Photinos D. J.， J. Mater. Chem.， 2010， 20， 4263—4294
[28]	Bisoyi H. K.， Kumar S.， Chem. Soc. Rev.， 2010， 39， 264—285

纺锤形二氧化硅胶体粒子的制备及组装

Synthesis and Assembly of Spindle-shaped Silica Colloidal Particles

RichHTML

PDF (PC)

补充材料

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 28

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张兆萱, 邓璞, 沈杰. 分子介导组装高性能表面等离激元器件[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(9): 20250133.
[2]	黄华琛, 徐广海, 韩媛媛, 崔杰. 环形ABC三嵌段共聚物在A嵌段选择性溶剂中自组装行为的Monte Carlo模拟[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(5): 20250012.
[3]	李嘉明, 王丹, 冯玉军, 殷鸿尧. 油酰二乙醇胺在丙三醇/水混合溶剂中的自组装及流变性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(4): 20240528.
[4]	白乙艳, 王晨阳, 高阳, 李佳敏, 杨海英. 基于单颗粒碰撞电化学的烷硫醇在纳米金表面的自组装行为[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(2): 20240402.
[5]	陈晓萍, 黄士, 郭千千, 刘宁, 倪建聪, 杨伟强, 林振宇. 镓铟共晶-自组装单分子层的功能性分子结研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(2): 20240451.
[6]	李勇, 李燕, 杨景儿, 王柏萍, 尹君雅, 耿鹏, 杨扬, 黄文权. 超声辅助自组装构建多功能铁-原卟啉纳米粒及多模态肿瘤治疗[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(11): 20250176.
[7]	吴燕茹, 李安明, 高美华, 庄文昌. 十二烷基磺酸钠在正丙醇/水混合溶液中囊泡的形成及性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(11): 20250210.
[8]	邹昊洋, 赵智彤, 王怀志, 杨佳臻, 丁建勋. 氨基酸-铁纳米组装体的构筑及组装动力学研究[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(1): 20240385.
[9]	陈俊年, 张海峰, 王海兵, 杨火诚, 罗忠. 基于超分子纳米递送系统的精准医疗研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(1): 20240267.
[10]	孙琳, 林森, 王润伟. 晶种辅助蒸气转化Al-SBA-15合成Beta纳米晶团聚体[J]. 高等学校化学学报, 2024, 45(8): 20240110.
[11]	段一雄, 杨柏, 李云峰. 纤维素纳米晶的空间受限自组装: 从胶体液晶到功能材料[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(2): 20220474.
[12]	雷娜娜, 杨守业, 范黎明, 陈晓. 低共熔溶剂中多色稀土发光增强超分子凝胶的构筑及性能[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(12): 20230389.
[13]	段小丽, 韩慧敏, 赵明坤, 任丽霞. PNDC-b-PNTPE自组装制备兼具结构色和荧光色的薄膜[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(11): 20230291.
[14]	沈欣怡, 张森, 王树涛, 宋永杨. 聚合物中空微球的合成策略[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(1): 20220627.
[15]	李琳, 齐丰莲, 邱丽莉, 孟子晖. 基于六边形磁纳米片构建动态非晶态光学结构图案[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220123.