不同粒子构建的液体弹珠的研究进展

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230268

摘要/Abstract

摘要：

液体弹珠是粒子包裹液体形成的不粘湿液滴。由于液体弹珠表面粒子阻止了内部液滴与外部基底的直接接触，使其能在固体和液体表面稳定存在，显示出独特的性能，在微反应器、传感器、生物医药和微流控等领域有着潜在的应用价值。液体弹珠的壳层粒子来源丰富，且不同粒子构筑的液体弹珠具有不同的性能和应用领域。本文综述了二氧化硅（SiO₂）、四氧化三铁（Fe₃O₄）、石松、聚四氟乙烯（PTFE）和纤维素等壳层粒子衍生出的液体弹珠，并展望了液体弹珠的发展趋势和应用前景。

关键词: 液体弹珠, 粒子, 疏水性, 力学强度

Abstract:

Liquid marbles are non-sticky wet droplets formed by particles wrapping around liquids. As the hydrophobic particles on the surface of liquid marbles prevent direct contact between the droplets and the substrate， liquid marbles can exist stably on both solid and liquid surfaces， showing unique properties that have good prospects for various potential applications in microreactors， sensors， biopharmaceuticals， and microfluidics. The shell particles of liquid marbles are abundant sources， and liquid marbles constructed by different particles show various properties and applications. In this review， various stable liquid marbles fabricated with different shell particles， such as silica， ferroferric oxide， lycopodium， polytetrafluoroethylene， and cellulose-based materials are presented. The research progress of liquid marbles is discussed， and the development trend and application prospect of liquid marbles are analyzed.

Key words: Liquid marble, Particles, Hydrophobic, Mechanical strength

中图分类号:

O636.2

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图/表 8

图1 二氧化硅基液体弹珠的（a）制备［17］、（b）碰撞与分割［20］、（c）弹跳［21］、（d）破裂［21］、（e）合并［22］和（f）挥发性能［22］

Fig.1 （a） Preparation［17］，（b） collision and separation［20］，（c） bounce［21］，（d） rupture［21］，（e） coalescence［22］ and （f） evaporation［22］ of silica-based liquid marbles

图2 疏水二氧化硅基液体弹珠在热刺激下的颜色响应［23］

Fig.2 Hydrophobic silica-based liquid marble with color response under heating［23］

图3 疏水Fe3O4基液体弹珠的在磁场下的操控（a、b、c）［25-26］和光热效应（d）［26］

Fig.3 （a， b， c） Manipulation［25-26］ and （d） photothermal effect［26］ of hydrophobic Fe3O4-based liquid marbles

图4 石松液体弹珠的（a）制备［31］、（b）形貌［32］和（c）漂浮性能［30］

Fig.4 （a） Preparation［31］，（b） morphology［32］ and （c） floating performance［30］ of lycopodium liquid marbles

图5 PTFE液体弹珠的（a、b）制备［33-34］、（c）弹跳［15］和（d）压缩［35］

Fig.5 （a， b） Preparation［33-34］，（c） bounce［15］ and （d） compression［35］ of PTFE liquid marbles

图6 纤维素基液体弹珠的（a）制备［39］、（b）弹跳［39］、（c）破裂［40］和（d）蒸发［41］

Fig.6 （a） Preparation［39］，（b） bounce［39］，（c） rupture［40］ and （d） evaporation［41］ of cellulose-based liquid marbles

图7 （a）炭黑液体弹珠［16］和（b、c）PTFE与炭黑组成的Janus液体弹珠［43-44］

Fig.7 （a） Carbon black liquid marbles ［16］ and （b， c） Janus liquid marbles composed of carbon black/PTFE［43-44］

表1 不同核壳粒子制备的液体弹珠的粒径及其力学强度

Table 1 Particle size and mechanical strength of liquid marbles constructed using various particles

Particles	Modification	Diameter	Maximum rupture height/cm	Critical pressure/Pa	Ref.
SiO₂	Fluorinated	25 nm	-	157±16	［62］
Fe₃O₄	Fluorinated	8.6 nm	3.2	-	［63］
Lycopodium	-	-	3.1	-	［23］
PTFE	-	35 μm	-	156±26	［62］
Cellulose	Fluorinated	-	3.4	-	［13］
Halloysite	Silanized	50~100 nm	2.3	-	［57］
PS	-	100 μm	-	82±5	［60］
PE	-	53 μm	-	150±10	［64］

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