走进科学
颠覆传统：无需乳化剂也能稳定混合水和油
将两种不混溶的液体(如水和油)混合后得到的混合物称为乳液。剧烈摇晃乳液后，其中一种液体可能会分散成另一液体中的小液滴。但静置后，乳液的成分总会再次分离。
这种分离的主要原因是，当每个液滴相互靠近时，它们会聚合成更大的液滴。为了防止这种情况，可以添加第三种具有两亲性的成分，即对混合物两种成分之间的界面有亲和力。当今工业乳液的生产依赖于这种材料，通常称为表面活性剂。然而，许多表面活性剂对人类和环境都具有毒性。因此，减少或完全不用表面活性剂将具有很大的益处。
反直觉的现象
在最新研究中，来自法国巴黎ESPCI的Colloïdes et Matériaux Divisés实验室、专门设计和制造可生物降解微胶囊的法国公司Calyxia以及美国哈佛大学的研究人员研究了仅由水和各种油类组成的混合物。在这些通常不混溶的混合物中，他们观察到超薄但异常稳定的油膜自发出现在分散的水滴之间。
“这种现象系统地诱导了液滴之间的粘附，同时防止它们聚结，从而使我们能够在油中分散大量的水(体积占比80%或更多)，”研究负责人、化学物理学家Jérôme Bibette解释道。Bibette是ESPCI实验室主任。
稳定数周
该现象详细描述在《科学》杂志上，最适用于含有亲水和疏水成分且分子量高的极性油。这些标准排除了例如甲烷和聚乙烯等脂肪烃，但包括含有交替氧原子和碳原子的油 - 这类油涵盖所有植物油。
研究人员发现，这些油一旦限制在两个水滴之间，就可以通过“选择”优先将亲水部分定位在水附近并将疏水部分远离水来改变其配置。“由疏水部分的亲和力诱导的超薄粘合膜一旦两个界面接近就会自发发展，”Bibette说。“然后，薄膜会获得巨大的粘度，同时降低界面的自由能 - 这表现在水和油滴粘附在一起。”
他补充说，这种两种不混溶液体之间自发的凝胶现象以前从未被观察到。
由于大多数植物油可以聚合，因此将它们与水结合可以使研究人员制造出完全可生物降解的聚合物材料。对于Bibette来说，最明显想到的应用之一是用于化妆品和香水等行业的生物可降解胶囊。
他告诉《物理世界》，这项技术还可能使研究人员能够创建由可生物降解聚合物和体积占比高达90%的水组成的新型塑料。“两种相都可以制成(并控制为)整个混合物中的均质相，这可以使我们生产出独特双连续、共存的亲水和疏水材料，”他说。“这可能在组织工程、可生物降解包装和替换普通塑料的材料等领域具有应用。”
本文译自 Physics World，由 BALI 编辑发布。
