摘要：本论文针对目前国内外在纳米材料与微纳界面领域的研究进展，特别是纳米界面上的亲和性作用机制、研究现状、以及应用方面的研究，进行了较为系统的综述，并重点介绍了最近几年在纳米材料与微纳界面领域内最新研究进展。综述中涉及的主要内容有：纳米界面上亲疏水性的差异，如膜表面上水分子与油相分子之间的相互作用等；表面上亲疏水性不同所导致的界面上物质在两相界面处发生吸附、扩散、反应等过程。总结了近年来在纳米材料与微纳界面领域内研究中取得的主要进展，提出了纳米界面上亲和性作用理论模型，并对其应用前景进行了展望。

关键词：纳微界面；亲疏水性；亲和性；化学工程；应用

1引言

纳米材料和微纳界面（Nanotechnology and Microelectrochemical Interface，简称Nano-MSI）是近年来新兴的科学与工程研究领域，被认为是21世纪具有代表性的重大前沿领域之一。纳米材料和微纳界面的出现，将引发新的革命，使材料制备、化工生产、环境保护和人类健康等方面发生深刻变革。纳米材料和微纳界面在许多方面都具有重大的应用前景，如纳米催化剂、纳米纤维、纳米薄膜、纳米多孔材料以及生物工程等领域，其中纳米催化剂被认为是21世纪最有发展前景的新材料之一。目前，国际上对纳米界面上物质与界面之间的相互作用机制与规律的研究很多，但是对其在化学工程领域中的应用研究还较少，特别是在超临界流体（Supercritical Fluid，简称 SCF）中对界面上物质间相互作用规律及其对超临界流体动力学过程影响的研究还有待深入。本论文主要就纳米界面上亲疏水性作用理论及应用进行综述。

2纳米界面上亲疏水性差异

目前，在纳米界面上的亲疏水性差异所导致的界面上物质在两相界面处的吸附、扩散、反应等过程，一直是化学工程领域内研究的热点之一。目前，国内外学者对此已有很多研究成果。例如，国内学者王华等[4]通过采用原子力显微镜（AFM）测量了纳米多孔硅（SiO 2）薄膜上水分子与油相分子在其表面上的吸附情况，结果发现，水分子与油相分子之间的吸附主要发生在膜表面上，而水分子在膜表面上的吸附则主要发生在膜内。国内学者孙志杰等[5]利用原子力显微镜测量了SiO2纳米粒子和SiO2薄膜在水和正辛醇溶液中的亲疏水性，发现SiO2纳米粒子比SiO2薄膜表现出更强的亲水性能。而在疏水性方面，杨春丽等[6]通过采用原子力显微镜测量了聚苯乙烯微球（PS）/水中的接触角，发现 PS表面比 PS水溶液表面更易接触到水分子，这说明 PS与水的亲疏水性随其表面结构不同而发生变化。另外，王华等[7]通过采用 AFM研究了水中聚苯乙烯微球（PS）/正辛醇溶液在空气和水中的亲疏水性，发现随着空气中水含量的增加，PS与水亲和性变强；而在水中加入正辛醇后，由于水分子与 PS表面的亲和性降低而使其更易被吸附。

3表面活性剂分子在两相界面上的吸附、扩散、反应机理

纳米界面上物质的吸附、扩散、反应等过程是表面活性剂分子与两相界面相互作用的重要内容。表面活性剂分子在两相界面上的吸附、扩散过程主要涉及到了两个方面：一方面，表面活性剂分子在两相界面上的吸附，如图1所示。通过对表面活性剂分子在两相界面上的吸附动力学分析，发现随着吸附时间的延长，表面活性剂分子与两相界面上的作用位点将发生变化，主要表现为由亲油向亲水的方向转移。另一方面，表面活性剂分子在两相界面上的扩散过程。从表面活性剂分子在两相界面上的扩散动力学分析中可以看出，表面活性剂分子在两相界面上的扩散速率随着亲油表面活性剂分子浓度的增加而减小。

4亲和性作用理论模型

在纳米材料与微纳界面领域内，许多学者和研究者对各种表面的疏水特性、表面亲疏水性差异，以及界面上物质的吸附、扩散等过程进行了深入研究，提出了大量的理论模型。本文在总结现有文献和前人研究的基础上，针对纳米界面上物质的吸附、扩散、反应等过程建立了一系列理论模型，如图3所示。

由图3可以看出，由于不同表面上的亲疏水特性存在差异，导致界面上物质发生吸附、扩散、反应等过程时，会产生不同的能量变化。通过建立合理的数学模型来描述和预测这些过程，可以帮助人们更好地理解纳米材料与微纳界面中物质发生吸附、扩散、反应等过程的微观机制。在此基础上可以对不同表面上的亲疏水特性进行有针对性的设计和优化。

5应用研究

在纳米材料与微纳界面领域内的应用研究，其主要目的是为了更好地认识纳米材料与微纳界面上所发生的物质吸附、扩散、反应等过程，以求在新的材料开发与技术创新中起到更加重要的作用。现阶段在纳米材料与微纳界面领域内主要应用于生物工程、环境工程、新能源技术等领域，特别是在纳米材料与微纳界面领域内的生物医学、环境化学、纳米能源等方面，都取得了非常大的进展。近年来，在纳米材料与微纳界面领域内研究最为活跃的是生物医学领域。以生物膜技术为代表的一些新的生物学技术得到了长足发展，并在诸如组织工程等方面取得了巨大进展。近年来，纳米材料与微纳界面领域内在生物医学方面的应用研究，主要包括对纳米材料进行修饰处理，从而实现其在特定生物环境下的表面改性等；其次是研究如何将这些功能化纳米材料应用于生物医学中，使之成为更有效地治疗疾病和损伤组织的工具。其中最具代表性的是纳米药物载体、纳米生物传感器以及新型生物反应器等方面的研究。

结束语

纳米材料与微纳界面是一个全新的领域，其研究涉及到纳米科学和工程技术的多个领域，所涉及到的学科包括材料科学、生命科学、工程技术等。由于表面和界面上物质间的相互作用，在纳米材料与微纳界面领域内出现了许多新现象和新现象，如界面上水分子对油相分子吸附的影响，表面活性剂对油相吸附的影响等。这些新现象和新现象所涉及到的相关机理目前还没有被完全阐明，纳米材料与微纳界面领域内所面临的问题是非常复杂的，在解决这些问题之前还需要大量的研究工作。由于纳米界面上亲疏水性不同所导致的物质在两相界面处发生吸附、扩散、反应等过程是一个动态过程，因此在纳米界面上提出一个可用于描述这一动态过程的理论模型具有非常重要的意义。

参考文献：

[1] 纳米多孔材料制备及力学相关问题的研究[D].黄舸.湘潭大学，2002

[2] 纳米多孔材料对放射性氡吸附性能的研究[D].王孝娃.苏州大学，2015

[3] 载聚六亚甲基双胍的丝素蛋白多孔材料的制备及其抗菌性能[D].张敏.苏州大学，2018

[4] ZnO基多孔材料的制备及性能研究[D].陈子玉.海南大学，2018

[5] 沙柳多孔材料吸声与吸附性能的研究[D].赵凯燕.内蒙古农业大学，2019