Gemini表面活性劑功能離子液晶：構(gòu)筑、性能與應(yīng)用的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義液晶材料作為一種在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)光學(xué)各向異性的物質(zhì)，兼具液體的流動(dòng)性與晶體的各向異性，在顯示技術(shù)、光學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出極高的應(yīng)用價(jià)值。在顯示領(lǐng)域，液晶顯示器（LCD）憑借高分辨率、低功耗、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，成為計(jì)算機(jī)、手機(jī)、電視等設(shè)備的核心部件，極大地推動(dòng)了電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在光學(xué)領(lǐng)域，液晶被應(yīng)用于各種光閥、光柵等光學(xué)設(shè)備，如3D眼鏡、投影儀等，拓展了其在視覺(jué)體驗(yàn)和信息展示方面的應(yīng)用。離子液體，作為一類全部由離子組成的液體，在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)，具有不揮發(fā)、不可燃、導(dǎo)電性強(qiáng)、對(duì)許多無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物有良好溶解性等獨(dú)特性質(zhì)。這些特性使得離子液體在化學(xué)研究的多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如在有機(jī)合成中，離子液體可作為反應(yīng)溶劑，能提高反應(yīng)速率、改善產(chǎn)品分離效果；在催化領(lǐng)域，離子液體可作為催化劑或催化劑載體，提升催化效率和選擇性。在電化學(xué)領(lǐng)域，離子液體被用作電解質(zhì)，展現(xiàn)出高離子傳導(dǎo)性和寬電位窗的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于電容、燃料電池、色素增感型太陽(yáng)電池等。將離子液體作為功能添加劑引入液晶體系中，有望賦予液晶材料新的性能，如改善液晶的電學(xué)性能、流變學(xué)性能等，從而拓展液晶材料的應(yīng)用范圍。Gemini表面活性劑是一類具有特殊分子結(jié)構(gòu)的表面活性劑，它通過(guò)一個(gè)聯(lián)結(jié)基團(tuán)將兩個(gè)單烷基鏈單頭基普通表面活性劑在離子頭基處以化學(xué)鍵連接在一起，形成二聚體。與傳統(tǒng)表面活性劑相比，Gemini表面活性劑具有高表面活性、超低界面張力、強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)等特性。這些特性使得Gemini表面活性劑在乳化、洗滌、增溶等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在石油工業(yè)中，Gemini表面活性劑可用于提高石油采收率，通過(guò)降低原油界面張力，改善原油與水的乳化性能；在納米材料制備中，可作為模板劑，用于制備納米材料和納米結(jié)構(gòu)。其在液晶材料中的潛在應(yīng)用也逐漸受到關(guān)注，Gemini表面活性劑能夠在液晶體系中自組裝形成特定的結(jié)構(gòu)，影響液晶分子的排列和取向，進(jìn)而調(diào)控液晶材料的性能。研究Gemini表面活性劑功能離子液晶具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從科學(xué)意義角度來(lái)看，深入探究Gemini表面活性劑功能離子液晶的構(gòu)筑及性能，有助于揭示其在分子層面的自組裝行為和作用機(jī)制，豐富和拓展表面活性劑、液晶材料以及離子液體等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識(shí)。從實(shí)際應(yīng)用價(jià)值角度出發(fā)，開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良性能的Gemini表面活性劑功能離子液晶材料，有望滿足信息顯示、生物醫(yī)學(xué)、能源等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系男枨?，推?dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)和創(chuàng)新發(fā)展。在信息顯示領(lǐng)域，可用于制備高性能的液晶顯示器，提高顯示效果和響應(yīng)速度；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用其獨(dú)特的性能，可開(kāi)發(fā)新型的生物傳感器、藥物載體等；在能源領(lǐng)域，有望應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、電池電解質(zhì)等，提高能源轉(zhuǎn)換效率和存儲(chǔ)性能。因此，開(kāi)展Gemini表面活性劑功能離子液晶的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1Gemini表面活性劑研究進(jìn)展Gemini表面活性劑的研究最早可追溯到20世紀(jì)70年代，1971年，Bunton等成功合成了第一個(gè)陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑，但在當(dāng)時(shí)并未引起廣泛關(guān)注。直到1991年，美國(guó)Emory大學(xué)的MengerFM等合成了以剛性基團(tuán)聯(lián)接離子頭基的雙烷烴鏈表面活性劑，并將其命名為Gemini表面活性劑，這才引發(fā)了對(duì)這類新型表面活性劑的研究熱潮。同年，美國(guó)紐約州立大學(xué)的RosenM.J小組系統(tǒng)合成研究了氧乙烯或氧丙烯柔性基團(tuán)聯(lián)接的Gemini表面活性劑，法國(guó)CharlesSadron研究所的Zana小組以亞甲基鏈作為聯(lián)接基團(tuán)研究了一系列雙烷基季銨鹽表面活性劑，進(jìn)一步推動(dòng)了Gemini表面活性劑的研究發(fā)展。在結(jié)構(gòu)與性能方面，Gemini表面活性劑具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，其由兩個(gè)同一或幾乎同一的兩親成分在頭基或靠近頭基處通過(guò)聯(lián)結(jié)基團(tuán)以化學(xué)鍵連接而成。與傳統(tǒng)單鏈表面活性劑相比，Gemini表面活性劑分子最大的不同是有間隔鏈，間隔鏈的性質(zhì)及位置對(duì)其物化性能影響很大。一般來(lái)說(shuō)，間隔鏈靠近親水基時(shí)，能有效增強(qiáng)碳?xì)滏湹氖杷饔?，通過(guò)連接基團(tuán)調(diào)整親水基團(tuán)的距離，改變單元分子的幾何形狀，導(dǎo)致膠束表面電荷密度、水化程度及膠束形狀的變化。例如，當(dāng)聯(lián)結(jié)基團(tuán)為柔性的親水基時(shí)，其臨界膠團(tuán)濃度（cmc）值最??；聯(lián)結(jié)基團(tuán)為柔性的疏水基時(shí)，cmc值稍高；聯(lián)結(jié)基團(tuán)為剛性的疏水基時(shí)，cmc值最高。這是因?yàn)橛H水性的聯(lián)結(jié)基團(tuán)易與水形成氫鍵，柔性的碳鏈?zhǔn)孤?lián)結(jié)基團(tuán)彎向水相，形成向外凸的膠團(tuán)表面；而疏水的聯(lián)結(jié)基團(tuán)傾向和兩條疏水鏈一起“逃離”水相，形成膠團(tuán)的困難程度增加。在合成方法上，目前主要有一步法和兩步法。一步法是將兩個(gè)兩親成分與聯(lián)結(jié)基團(tuán)直接反應(yīng)，該方法操作簡(jiǎn)單，但產(chǎn)物純度較低；兩步法是先合成含有活性基團(tuán)的兩親成分，再與聯(lián)結(jié)基團(tuán)反應(yīng)，雖然步驟相對(duì)復(fù)雜，但產(chǎn)物純度較高。隨著研究的深入，一些新型的合成方法也不斷涌現(xiàn)，如微波輔助合成、超聲波輔助合成等，這些方法能夠提高反應(yīng)速率，減少反應(yīng)時(shí)間和能耗。在應(yīng)用領(lǐng)域，Gemini表面活性劑展現(xiàn)出了廣闊的前景。在石油工業(yè)中，它可作為驅(qū)油劑，能有效地降低水/油表面的界面張力，提高石油的采收率；在納米材料制備中，可作為模板劑，用于制備納米材料和納米結(jié)構(gòu)；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，一些具有良好生物相容性的Gemini表面活性劑可用于藥物傳遞、基因治療和生物材料表面改性等；在環(huán)保領(lǐng)域，可用于廢水處理、污染物吸附和浮油分散等。1.2.2離子液晶研究進(jìn)展離子液晶的研究始于20世紀(jì)中葉，最初主要集中在對(duì)其結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)的探索。隨著研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)離子液晶具有獨(dú)特的分子排列方式和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，如高離子傳導(dǎo)性、寬電位窗、低揮發(fā)性等，這些性能使其在多個(gè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，從而受到了廣泛關(guān)注。在構(gòu)筑方法方面，離子液晶通常是由長(zhǎng)鏈有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)陰離子組成，通過(guò)選擇合適的陰陽(yáng)離子基團(tuán)，調(diào)節(jié)陰陽(yáng)離子的長(zhǎng)度和剛性，以及控制陰陽(yáng)離子的比例等方法來(lái)制備。例如，通過(guò)改變陽(yáng)離子的烷基鏈長(zhǎng)度、引入不同的功能基團(tuán)，或者選擇不同的陰離子，如鹵素離子、硫酸根離子、磷酸根離子等，可以調(diào)控離子液晶的相行為和物理化學(xué)性質(zhì)。此外，還可以通過(guò)添加添加劑、改變溫度、壓力等外部條件來(lái)影響離子液晶的形成和性能。根據(jù)陰陽(yáng)離子的組成和結(jié)構(gòu)，離子液晶可分為多種類型，如有機(jī)-無(wú)機(jī)混合型、全有機(jī)型、全無(wú)機(jī)型等。有機(jī)-無(wú)機(jī)混合型離子液晶結(jié)合了有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的穩(wěn)定性和功能性；全有機(jī)型離子液晶則具有較好的溶解性和加工性能；全無(wú)機(jī)型離子液晶通常具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。不同類型的離子液晶在性能上存在差異，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在應(yīng)用方面，離子液晶在光電器件、顯示器件、電池電解質(zhì)、傳感器等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。在光電器件中，離子液晶可用于制備電致變色器件、光開(kāi)關(guān)、光調(diào)制器等，利用其在電場(chǎng)作用下分子排列的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)控；在顯示器件中，離子液晶有望用于開(kāi)發(fā)新型的顯示技術(shù)，提高顯示效果和響應(yīng)速度；在電池電解質(zhì)領(lǐng)域，離子液晶具有高離子傳導(dǎo)性和良好的界面相容性，可用于制備高性能的電池電解質(zhì)，提高電池的充放電效率和循環(huán)壽命；在傳感器方面，離子液晶對(duì)某些物質(zhì)具有特殊的響應(yīng)性，可用于制備化學(xué)傳感器和生物傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定物質(zhì)的檢測(cè)和分析。1.2.3Gemini表面活性劑功能離子液晶研究進(jìn)展將Gemini表面活性劑引入離子液晶體系，構(gòu)筑Gemini表面活性劑功能離子液晶的研究相對(duì)較新，但近年來(lái)取得了一定的進(jìn)展。研究表明，Gemini表面活性劑能夠在離子液晶體系中自組裝形成特定的結(jié)構(gòu)，與離子液晶分子相互作用，從而影響離子液晶的性能。在結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究上，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)Gemini表面活性劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如疏水鏈長(zhǎng)度、聯(lián)結(jié)基團(tuán)的性質(zhì)和長(zhǎng)度、親水基的類型等，對(duì)Gemini表面活性劑功能離子液晶的相行為、微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能有著顯著影響。例如，適當(dāng)增加Gemini表面活性劑的疏水鏈長(zhǎng)度，可增強(qiáng)其與離子液晶分子之間的疏水相互作用，促進(jìn)液晶相的形成和穩(wěn)定；聯(lián)結(jié)基團(tuán)的柔性和長(zhǎng)度會(huì)影響Gemini表面活性劑在離子液晶體系中的排列方式和聚集形態(tài)，進(jìn)而影響離子液晶的流變學(xué)性能和電學(xué)性能。在應(yīng)用研究方面，Gemini表面活性劑功能離子液晶在光電材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價(jià)值。在光電材料領(lǐng)域，其優(yōu)良的光電性質(zhì)和可調(diào)諧性使其有望應(yīng)用于光導(dǎo)材料、光電器件等，實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換和精細(xì)光電調(diào)控；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用其獨(dú)特的性能，可開(kāi)發(fā)新型的生物傳感器、藥物載體等。盡管Gemini表面活性劑功能離子液晶的研究取得了一定的成果，但目前仍存在一些不足和空白。在合成方法上，現(xiàn)有的合成方法往往存在步驟復(fù)雜、產(chǎn)率低、成本高等問(wèn)題，需要進(jìn)一步探索更加簡(jiǎn)便、高效、低成本的合成方法。在性能研究方面，對(duì)于Gemini表面活性劑功能離子液晶在復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性研究較少，其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)還需要進(jìn)一步深入探究。此外，目前對(duì)Gemini表面活性劑與離子液晶分子之間的相互作用機(jī)制還不夠明確，需要進(jìn)一步加強(qiáng)理論研究和實(shí)驗(yàn)表征，以揭示其內(nèi)在的作用規(guī)律。在應(yīng)用研究方面，雖然已經(jīng)展示了在多個(gè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值，但距離實(shí)際應(yīng)用仍有一定距離，需要進(jìn)一步開(kāi)展應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究，解決實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的問(wèn)題。1.3研究目的與方法本研究旨在深入探索Gemini表面活性劑功能離子液晶的構(gòu)筑方法，全面研究其性能特點(diǎn)，并揭示其在多個(gè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值，為其進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。具體而言，通過(guò)系統(tǒng)研究Gemini表面活性劑與離子液晶分子之間的相互作用機(jī)制，明確不同結(jié)構(gòu)的Gemini表面活性劑對(duì)離子液晶相行為、微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化Gemini表面活性劑功能離子液晶的制備工藝，提高其性能穩(wěn)定性和可重復(fù)性，為其實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，探索Gemini表面活性劑功能離子液晶在光電材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用可能性，開(kāi)發(fā)具有創(chuàng)新性的應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)上述研究目的，本研究將采用以下方法：實(shí)驗(yàn)制備方法：選用合適的液晶基元和離子液體，通過(guò)添加Gemini表面活性劑，利用溶液法、熔融法等方法制備Gemini表面活性劑功能離子液晶材料。在制備過(guò)程中，精確控制各組分的比例、反應(yīng)條件等參數(shù)，以確保制備出性能優(yōu)良的液晶材料。例如，在溶液法中，選擇合適的有機(jī)溶劑，將液晶基元、離子液體和Gemini表面活性劑按一定比例溶解，通過(guò)攪拌、超聲等手段使其充分混合，然后緩慢揮發(fā)溶劑，使分子自組裝形成液晶結(jié)構(gòu)。表征分析方法：運(yùn)用多種物理化學(xué)性質(zhì)表征方法，對(duì)Gemini表面活性劑功能離子液晶的相行為、微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能等進(jìn)行全面評(píng)估。采用差示掃描量熱法（DSC）研究其熱性能，確定液晶相轉(zhuǎn)變溫度和熱穩(wěn)定性；利用偏光顯微鏡（POM）觀察其液晶織構(gòu)，了解分子排列和取向情況；通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜（UV-vis）分析其光學(xué)性能，如吸收光譜、透過(guò)率等；使用電化學(xué)工作站測(cè)試其電學(xué)性能，包括電導(dǎo)率、介電常數(shù)等。此外，還將運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等技術(shù)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，深入了解其內(nèi)部形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征。對(duì)比研究方法：通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究不同液晶基元、離子液體和Gemini表面活性劑對(duì)液晶性能的影響，找出關(guān)鍵影響因素和最優(yōu)組合。改變液晶基元的結(jié)構(gòu)和種類，如棒狀液晶基元、盤狀液晶基元等，探究其對(duì)液晶相行為和性能的影響；調(diào)整離子液體的陰陽(yáng)離子組成和結(jié)構(gòu)，研究其對(duì)離子傳導(dǎo)性、穩(wěn)定性等性能的影響；改變Gemini表面活性劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如疏水鏈長(zhǎng)度、聯(lián)結(jié)基團(tuán)性質(zhì)等，分析其對(duì)液晶材料性能的影響。通過(guò)對(duì)比不同條件下制備的液晶材料的性能，總結(jié)規(guī)律，優(yōu)化配方和制備工藝。理論計(jì)算方法：運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬、量子化學(xué)計(jì)算等理論計(jì)算方法，從分子層面深入研究Gemini表面活性劑與離子液晶分子之間的相互作用機(jī)制，探索Gemini表面活性劑在液晶材料中的自組裝行為和分子排列，進(jìn)一步揭示其與液晶性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，可以模擬不同溫度、壓力下Gemini表面活性劑功能離子液晶體系的分子運(yùn)動(dòng)和相互作用，預(yù)測(cè)其相行為和微觀結(jié)構(gòu)變化；量子化學(xué)計(jì)算則可以計(jì)算分子的電子結(jié)構(gòu)、能量等參數(shù)，深入理解分子間的相互作用本質(zhì)。理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，能夠更全面、深入地揭示Gemini表面活性劑功能離子液晶的性能和作用機(jī)制。二、Gemini表面活性劑的特性與結(jié)構(gòu)2.1Gemini表面活性劑的結(jié)構(gòu)組成Gemini表面活性劑，又被稱為雙子表面活性劑，是一種新型的表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，由兩個(gè)同一或幾乎同一的兩親成分在頭基或靠近頭基處通過(guò)聯(lián)結(jié)基團(tuán)以化學(xué)鍵連接而成。這種結(jié)構(gòu)使其在諸多性能上優(yōu)于傳統(tǒng)表面活性劑，受到了廣泛的關(guān)注。從其結(jié)構(gòu)組成來(lái)看，主要包含烴基取代基、連接基團(tuán)和極性頭三部分。烴基取代基通常為兩個(gè)，這些烴基可以是烷基、芳基或其它類型的基團(tuán)。以烷基為例，常見(jiàn)的烷基鏈長(zhǎng)度在C8-C18之間，如十二烷基、十六烷基等。不同的烴基結(jié)構(gòu)對(duì)Gemini表面活性劑的疏水性有著重要影響，較長(zhǎng)的烷基鏈會(huì)增強(qiáng)其疏水性，使其在非極性溶劑中具有更好的溶解性和分散性。而芳基取代基則可能賦予表面活性劑一些特殊的性能，如剛性、共軛效應(yīng)等，影響其在界面的吸附和自組裝行為。連接基團(tuán)在Gemini表面活性劑中起著關(guān)鍵作用，它將兩個(gè)烴基連接起來(lái)，通常由氧、硫或氮等原子組成。連接基團(tuán)可分為柔性鏈和剛性鏈，按照連接基團(tuán)的極性還可以分為極性鏈和非極性鏈。柔性鏈連接基團(tuán)如亞甲基鏈（-(CH2)n-，n通常為2-12），具有較好的柔韌性，能夠使兩個(gè)親水基之間的距離相對(duì)靈活，在溶液中更容易彎曲和伸展。這種柔性使得Gemini表面活性劑在形成膠束等聚集體時(shí)，能夠更好地適應(yīng)不同的環(huán)境和分子間相互作用。剛性鏈連接基團(tuán)如1,2-二苯乙烯基鏈，具有較高的剛性，限制了兩個(gè)親水基之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在某些情況下，剛性連接基團(tuán)可以促使Gemini表面活性劑形成特定的有序結(jié)構(gòu)，如在液晶體系中，有助于形成規(guī)整的分子排列。極性連接基團(tuán)如聚醚鏈（-(CH2CH2O)n-），由于含有極性的氧原子，能夠與水分子形成氫鍵，增加了表面活性劑在水中的溶解性和穩(wěn)定性。非極性連接基團(tuán)如脂肪族鏈或芳烴鏈，其疏水性使得連接基團(tuán)傾向于與疏水鏈相互作用，影響著膠束的形態(tài)和性質(zhì)。連接基團(tuán)的長(zhǎng)度和性質(zhì)對(duì)Gemini表面活性劑的臨界膠束濃度（cmc）、表面活性、膠束形態(tài)等性能有著顯著影響。一般來(lái)說(shuō)，較短的連接基團(tuán)會(huì)使兩個(gè)親水基之間的距離較近，增強(qiáng)了分子間的相互作用，導(dǎo)致cmc降低，表面活性提高。但連接基團(tuán)過(guò)短可能會(huì)引起親水基之間的靜電排斥作用增強(qiáng)，不利于膠束的形成。較長(zhǎng)的連接基團(tuán)則會(huì)使分子間的相互作用減弱，cmc升高，同時(shí)可能改變膠束的形狀，從球狀膠束轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻罨蚰遗轄钅z束。極性頭在Gemini表面活性劑中通常為陰離子或陽(yáng)離子，常見(jiàn)的陰離子極性頭有磺酸鹽（-SO3-）、磷酸鹽（-OPO32-）、羧酸鹽（-COO-）等，陽(yáng)離子極性頭有季銨鹽（-N+(CH3)3）等。陰離子極性頭的Gemini表面活性劑在水溶液中帶負(fù)電荷，能夠與帶正電荷的物質(zhì)發(fā)生靜電相互作用。例如，磺酸鹽型Gemini表面活性劑在紡織印染行業(yè)中，可與帶正電荷的染料分子結(jié)合，促進(jìn)染料在織物上的吸附和均勻分布。陽(yáng)離子極性頭的Gemini表面活性劑帶正電荷，具有較強(qiáng)的殺菌消毒能力，常用于醫(yī)療衛(wèi)生、水處理等領(lǐng)域。季銨鹽型Gemini表面活性劑可以通過(guò)與細(xì)菌表面的負(fù)電荷結(jié)合，破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到殺菌的目的。極性頭的類型和電荷密度會(huì)影響Gemini表面活性劑在溶液中的溶解性、界面吸附能力和與其他物質(zhì)的相互作用。帶有強(qiáng)電荷的極性頭會(huì)使表面活性劑在水中的溶解性增強(qiáng)，但可能會(huì)增加其與反離子之間的相互作用，影響其在界面的吸附行為。不同類型的極性頭還會(huì)賦予Gemini表面活性劑不同的功能和應(yīng)用特性，如羧酸鹽型極性頭的Gemini表面活性劑具有較好的生物降解性，在環(huán)保領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。2.2Gemini表面活性劑的性能參數(shù)2.2.1降低表面張力Gemini表面活性劑在降低表面張力方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其原理與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。Gemini表面活性劑由兩個(gè)傳統(tǒng)表面活性劑單體通過(guò)聯(lián)結(jié)基團(tuán)在親水基或靠近親水基處連接而成。在水溶液中，其分子中的疏水基團(tuán)傾向于逃離水相，而親水基團(tuán)則與水相互作用。這種結(jié)構(gòu)使得Gemini表面活性劑能夠更有效地吸附在氣-液界面上，其吸附能力比傳統(tǒng)表面活性劑高出10-1000倍。當(dāng)Gemini表面活性劑吸附在氣-液界面時(shí)，兩個(gè)疏水鏈伸向氣相，而兩個(gè)親水基則留在水相，形成緊密排列的界面膜。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，Gemini表面活性劑在界面上的排列更為緊密，能夠更有效地降低表面張力。與傳統(tǒng)表面活性劑相比，Gemini表面活性劑降低表面張力的效果更為顯著。傳統(tǒng)表面活性劑分子通常只有一個(gè)疏水鏈和一個(gè)親水基，在界面上的排列相對(duì)較為松散。以十二烷基硫酸鈉（SDS）和一種典型的Gemini表面活性劑（如以亞甲基鏈為連接基團(tuán)的雙十二烷基二甲基溴化銨）為例，研究表明，在相同濃度下，SDS降低水的表面張力至約38mN/m，而該Gemini表面活性劑可將表面張力降低至約30mN/m。這是因?yàn)镚emini表面活性劑的兩個(gè)疏水鏈增強(qiáng)了其疏水性，使其在界面上的吸附更為穩(wěn)定，從而能夠更有效地降低表面張力。Gemini表面活性劑的cmc值通常比傳統(tǒng)表面活性劑低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。較低的cmc意味著在更低的濃度下，Gemini表面活性劑就能形成膠束，從而在溶液中發(fā)揮其表面活性作用。這使得Gemini表面活性劑在實(shí)際應(yīng)用中，能夠以較低的濃度實(shí)現(xiàn)高效的表面張力降低效果，減少了使用量，降低了成本。2.2.2形成膠束Gemini表面活性劑形成膠束的過(guò)程是其在溶液中自組裝的重要行為。當(dāng)Gemini表面活性劑溶解在水中時(shí)，隨著濃度的增加，分子間的疏水相互作用逐漸增強(qiáng)。當(dāng)濃度達(dá)到臨界膠束濃度（cmc）時(shí)，表面活性劑分子開(kāi)始聚集形成膠束。在膠束形成過(guò)程中，Gemini表面活性劑的兩個(gè)疏水鏈相互靠攏，聚集在膠束內(nèi)部，形成疏水核心，而親水基則朝向水相，與水分子相互作用，形成膠束的外殼。與傳統(tǒng)表面活性劑相比，Gemini表面活性劑由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)，更容易形成膠束，且cmc值更低。這是因?yàn)檫B接基團(tuán)的存在減弱了親水基團(tuán)之間的靜電排斥作用，使得分子間更容易聚集。例如，對(duì)于以亞甲基鏈為連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑，當(dāng)連接鏈長(zhǎng)度適中時(shí)，能夠有效地促進(jìn)分子的聚集，降低cmc值。Gemini表面活性劑形成膠束的影響因素眾多，包括分子結(jié)構(gòu)、溫度、溶液pH值和電解質(zhì)濃度等。分子結(jié)構(gòu)方面，疏水鏈長(zhǎng)度、連接基團(tuán)的性質(zhì)和長(zhǎng)度以及親水基的類型都會(huì)對(duì)膠束形成產(chǎn)生影響。較長(zhǎng)的疏水鏈會(huì)增強(qiáng)分子的疏水性，使膠束更容易形成，同時(shí)可能會(huì)使膠束的聚集數(shù)增大。連接基團(tuán)的柔性和長(zhǎng)度會(huì)影響分子間的相互作用，柔性連接基團(tuán)使分子在聚集時(shí)具有更大的自由度，而剛性連接基團(tuán)則可能限制分子的排列方式。溫度對(duì)膠束形成也有顯著影響，一般來(lái)說(shuō)，溫度升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，會(huì)使膠束的穩(wěn)定性下降，cmc值可能會(huì)升高。但對(duì)于某些Gemini表面活性劑，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高可能會(huì)促進(jìn)膠束的形成，這是因?yàn)闇囟壬咴鰪?qiáng)了分子的疏水相互作用。溶液pH值會(huì)影響Gemini表面活性劑親水基的電離程度，從而影響分子間的靜電相互作用和膠束的形成。對(duì)于陰離子型Gemini表面活性劑，在酸性條件下，親水基的電離受到抑制，分子間的靜電排斥作用減弱，可能更容易形成膠束。電解質(zhì)濃度的增加會(huì)壓縮離子型Gemini表面活性劑的雙電層，減弱親水基之間的靜電排斥作用，促進(jìn)膠束的形成，使cmc值降低。但過(guò)高的電解質(zhì)濃度可能會(huì)導(dǎo)致鹽析現(xiàn)象，影響膠束的穩(wěn)定性。膠束結(jié)構(gòu)對(duì)Gemini表面活性劑的性能有著重要影響。不同的膠束結(jié)構(gòu)，如球狀膠束、棒狀膠束、囊泡狀膠束等，具有不同的性質(zhì)和應(yīng)用。球狀膠束通常在較低濃度下形成，其表面較為光滑，表面積與體積比較大，在增溶、乳化等方面具有一定的作用。棒狀膠束在較高濃度下形成，具有較大的長(zhǎng)徑比，能夠在溶液中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使溶液具有較高的黏度和流變性。例如，在一些化妝品和涂料中，利用Gemini表面活性劑形成的棒狀膠束來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的流變性能，使其具有良好的涂抹性和穩(wěn)定性。囊泡狀膠束則是由雙層膜構(gòu)成，內(nèi)部可以包裹一些物質(zhì)，如藥物、香料等。在藥物傳遞領(lǐng)域，Gemini表面活性劑形成的囊泡狀膠束可作為藥物載體，將藥物包裹在其中，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向輸送和緩釋。此外，膠束的大小和聚集數(shù)也會(huì)影響其性能。較小的膠束具有較高的比表面積，能夠更有效地增溶一些小分子物質(zhì)；而較大的膠束則可能在乳化、分散等方面表現(xiàn)出更好的性能。2.2.3熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性Gemini表面活性劑在高溫、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等條件下的穩(wěn)定性是其重要的性能參數(shù)之一。在高溫環(huán)境中，Gemini表面活性劑的穩(wěn)定性主要取決于其分子結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，含有較長(zhǎng)疏水鏈和剛性連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑具有較好的熱穩(wěn)定性。較長(zhǎng)的疏水鏈由于其分子間的范德華力較強(qiáng)，在高溫下能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不易發(fā)生分解或降解。剛性連接基團(tuán)則限制了分子的運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了分子的穩(wěn)定性。例如，以1,2-二苯乙烯基鏈為連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑，在較高溫度下仍能保持其分子結(jié)構(gòu)的完整性，表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。而一些含有柔性連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑，在高溫下可能會(huì)因?yàn)檫B接基團(tuán)的柔性而導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)的變化，從而影響其穩(wěn)定性。研究表明，某些Gemini表面活性劑在100℃以上的高溫環(huán)境中，仍能保持其表面活性和膠束結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這使得它們?cè)谝恍└邷毓I(yè)過(guò)程中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下，Gemini表面活性劑的穩(wěn)定性與親水基的類型密切相關(guān)。對(duì)于陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑，如季銨鹽型，在酸性條件下通常具有較好的穩(wěn)定性，因?yàn)槠浼句@陽(yáng)離子在酸性溶液中能夠保持穩(wěn)定。但在強(qiáng)堿條件下，可能會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)的破壞。陰離子型Gemini表面活性劑，如磺酸鹽型，在堿性條件下相對(duì)穩(wěn)定，但在強(qiáng)酸條件下，磺酸根基團(tuán)可能會(huì)發(fā)生質(zhì)子化，影響其表面活性和穩(wěn)定性。例如，在pH值為1-2的強(qiáng)酸溶液中，某些磺酸鹽型Gemini表面活性劑的表面活性會(huì)顯著下降，這是因?yàn)榛撬岣鶊F(tuán)的質(zhì)子化使得分子在溶液中的溶解性和界面吸附能力發(fā)生了改變。然而，通過(guò)對(duì)Gemini表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和修飾，可以提高其在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下的穩(wěn)定性。例如，在分子中引入一些耐酸耐堿的基團(tuán)，或者改變連接基團(tuán)和疏水鏈的結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)分子的穩(wěn)定性。一些含有特殊基團(tuán)的Gemini表面活性劑在pH值為1-13的范圍內(nèi)都能保持較好的穩(wěn)定性，這為其在一些苛刻的化學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用提供了可能。Gemini表面活性劑在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)顯著。在石油開(kāi)采領(lǐng)域，油藏環(huán)境通常具有高溫、高鹽和高礦化度的特點(diǎn)，Gemini表面活性劑能夠在這樣的環(huán)境中保持較好的表面活性和穩(wěn)定性，有效地降低油水界面張力，提高石油采收率。在一些化學(xué)合成過(guò)程中，需要在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下進(jìn)行反應(yīng)，Gemini表面活性劑作為乳化劑或分散劑，能夠在反應(yīng)體系中保持穩(wěn)定，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。在某些有機(jī)合成反應(yīng)中，使用Gemini表面活性劑作為乳化劑，能夠使反應(yīng)物在水相和有機(jī)相之間充分接觸，提高反應(yīng)速率和產(chǎn)率，同時(shí)在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的反應(yīng)條件下，Gemini表面活性劑不會(huì)發(fā)生分解或失活，保證了反應(yīng)的順利進(jìn)行。2.2.4生物相容性Gemini表面活性劑生物相容性的研究對(duì)于其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。目前，關(guān)于Gemini表面活性劑生物相容性的研究主要集中在細(xì)胞毒性、溶血活性和免疫原性等方面。細(xì)胞毒性是評(píng)估Gemini表面活性劑生物相容性的重要指標(biāo)之一。研究表明，Gemini表面活性劑的細(xì)胞毒性與其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，含有較短疏水鏈和較小連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑細(xì)胞毒性相對(duì)較低。這是因?yàn)檩^短的疏水鏈和較小的連接基團(tuán)對(duì)細(xì)胞膜的損傷較小，不會(huì)引起細(xì)胞的明顯形態(tài)改變和功能障礙。一些以短鏈亞甲基為連接基團(tuán)、疏水鏈長(zhǎng)度在C8-C10之間的Gemini表面活性劑，在較低濃度下對(duì)細(xì)胞的毒性較小，能夠滿足生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的基本要求。而含有較長(zhǎng)疏水鏈和較大連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑，可能會(huì)由于其較強(qiáng)的疏水性和分子尺寸較大，更容易與細(xì)胞膜相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞膜的破壞和細(xì)胞死亡。例如，某些含有C16-C18疏水鏈和剛性連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑，在較高濃度下會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生明顯的毒性作用，影響細(xì)胞的正常代謝和增殖。溶血活性也是衡量Gemini表面活性劑生物相容性的重要因素。溶血活性是指表面活性劑對(duì)紅細(xì)胞膜的破壞能力，導(dǎo)致紅細(xì)胞破裂釋放血紅蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，Gemini表面活性劑的溶血活性與親水基的類型和電荷性質(zhì)有關(guān)。陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑通常具有較高的溶血活性，這是因?yàn)槠潢?yáng)離子基團(tuán)容易與紅細(xì)胞膜表面的負(fù)電荷相互作用，破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。相比之下，陰離子型和非離子型Gemini表面活性劑的溶血活性相對(duì)較低。例如，季銨鹽型陽(yáng)離子Gemini表面活性劑在較低濃度下就可能引起明顯的溶血現(xiàn)象，而磺酸鹽型陰離子Gemini表面活性劑和聚醚型非離子Gemini表面活性劑在較高濃度下才會(huì)表現(xiàn)出一定的溶血活性。通過(guò)對(duì)Gemini表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的修飾和優(yōu)化，可以降低其溶血活性。在分子中引入一些親水性基團(tuán)，或者改變親水基的電荷分布，能夠減少表面活性劑與紅細(xì)胞膜的相互作用，從而降低溶血活性。一些經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)修飾的Gemini表面活性劑，其溶血活性明顯降低，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有更好的安全性。免疫原性是指表面活性劑引起機(jī)體免疫反應(yīng)的能力。目前關(guān)于Gemini表面活性劑免疫原性的研究相對(duì)較少，但已有研究表明，Gemini表面活性劑的免疫原性與其分子結(jié)構(gòu)和濃度有關(guān)。在較低濃度下，一些Gemini表面活性劑可能不會(huì)引起明顯的免疫反應(yīng)，但在較高濃度下，可能會(huì)激活機(jī)體的免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致免疫細(xì)胞的活化和炎癥反應(yīng)的發(fā)生。例如，某些Gemini表面活性劑在高濃度下會(huì)刺激巨噬細(xì)胞分泌炎癥因子，引起局部炎癥反應(yīng)。為了降低Gemini表面活性劑的免疫原性，需要進(jìn)一步研究其與免疫系統(tǒng)的相互作用機(jī)制，并通過(guò)合理的分子設(shè)計(jì)和制備工藝來(lái)優(yōu)化其性能。Gemini表面活性劑在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。在藥物傳遞系統(tǒng)中，Gemini表面活性劑可作為藥物載體，將藥物包裹在其形成的膠束或囊泡中，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向輸送和緩釋。由于其具有較好的生物相容性，能夠減少藥物對(duì)機(jī)體的毒副作用，提高藥物的療效。在基因治療領(lǐng)域，Gemini表面活性劑可用于構(gòu)建基因載體，將外源基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)基因的表達(dá)和調(diào)控。其良好的生物相容性有助于提高基因轉(zhuǎn)染效率，降低基因載體對(duì)細(xì)胞的毒性。此外，Gemini表面活性劑還可用于生物傳感器的制備，利用其與生物分子的特異性相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的檢測(cè)和分析。在生物傳感器中，Gemini表面活性劑作為敏感材料，能夠提高傳感器的靈敏度和選擇性，同時(shí)其生物相容性保證了傳感器在生物體系中的穩(wěn)定性和可靠性。2.3Gemini表面活性劑的應(yīng)用領(lǐng)域2.3.1石油工業(yè)在石油工業(yè)領(lǐng)域，Gemini表面活性劑發(fā)揮著關(guān)鍵作用，尤其是在提高石油采收率方面。石油開(kāi)采過(guò)程中，原油往往與地層中的水形成復(fù)雜的油水體系，原油與水之間較高的界面張力使得原油難以從地層中有效采出。Gemini表面活性劑因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，能夠顯著降低油水界面張力。Gemini表面活性劑分子由兩個(gè)疏水鏈和兩個(gè)親水基通過(guò)連接基團(tuán)相連，這種結(jié)構(gòu)使其在油水界面上能夠更緊密地排列，形成穩(wěn)定的界面膜。在油水體系中，Gemini表面活性劑的疏水鏈伸向油相，親水基朝向水相，有效地降低了油水之間的界面張力。研究表明，某些Gemini表面活性劑可將油水界面張力降低至10-3mN/m以下，相比傳統(tǒng)表面活性劑，其降低界面張力的能力更強(qiáng)。通過(guò)降低界面張力，Gemini表面活性劑能夠使原油更容易從巖石表面脫離，分散在水中，從而提高石油的采收率。Gemini表面活性劑還能改善原油的乳化性能。在原油開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程中，乳化現(xiàn)象普遍存在。良好的乳化性能有助于原油的輸送和加工。Gemini表面活性劑可以使原油在水中形成穩(wěn)定的乳液，其原理是Gemini表面活性劑在油水界面上吸附，形成一層保護(hù)膜，阻止油滴的聚集和合并。以一種含有聚氧乙烯連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑為例，它能夠在較低濃度下使原油在水中形成均勻、穩(wěn)定的乳液。這種穩(wěn)定的乳液在管道輸送中，能夠減少原油的流動(dòng)阻力，提高輸送效率。在原油加工過(guò)程中，穩(wěn)定的乳液也有利于后續(xù)的分離和處理。此外，Gemini表面活性劑還可以作為潤(rùn)濕劑，改變巖石表面的潤(rùn)濕性。在油藏中，巖石表面的潤(rùn)濕性對(duì)原油的流動(dòng)和采收有重要影響。通過(guò)使用Gemini表面活性劑，能夠使巖石表面從親油狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水狀態(tài)，從而有利于原油在巖石孔隙中的流動(dòng)，提高石油采收率。2.3.2納米材料制備在納米材料制備領(lǐng)域，Gemini表面活性劑作為模板劑展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。納米材料因其尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，具有許多優(yōu)異的性能，在電子、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。制備高質(zhì)量的納米材料，精確控制其尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。Gemini表面活性劑能夠在溶液中自組裝形成各種有序結(jié)構(gòu)，如膠束、囊泡、液晶等，這些結(jié)構(gòu)可以作為模板，引導(dǎo)納米材料的生長(zhǎng)。以制備納米二氧化硅為例，Gemini表面活性劑可以在水溶液中形成膠束，膠束的疏水內(nèi)核可以作為納米二氧化硅生長(zhǎng)的模板。在制備過(guò)程中，硅源（如正硅酸乙酯）在Gemini表面活性劑膠束的作用下，水解聚合，圍繞膠束生長(zhǎng)，最終形成納米二氧化硅顆粒。通過(guò)調(diào)整Gemini表面活性劑的結(jié)構(gòu)和濃度，可以精確控制納米二氧化硅的尺寸和形貌。當(dāng)使用較短連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑時(shí)，形成的膠束尺寸較小，制備出的納米二氧化硅顆粒也較?。欢褂幂^長(zhǎng)連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑時(shí)，膠束尺寸增大，納米二氧化硅顆粒的尺寸也相應(yīng)增大。Gemini表面活性劑形成的有序結(jié)構(gòu)還可以用于制備具有特殊結(jié)構(gòu)的納米材料，如多孔納米材料。在制備多孔納米材料時(shí)，Gemini表面活性劑的膠束或液晶結(jié)構(gòu)可以作為模板，在納米材料中形成孔隙。通過(guò)控制Gemini表面活性劑的種類和濃度，可以調(diào)節(jié)孔隙的大小和分布。在制備介孔二氧化硅時(shí)，利用Gemini表面活性劑形成的液晶模板，可以制備出孔徑均勻、有序排列的介孔二氧化硅材料，這種材料在催化劑載體、藥物載體等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。2.3.3生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，Gemini表面活性劑展現(xiàn)出了多樣化的應(yīng)用潛力。在藥物傳遞方面，Gemini表面活性劑可作為藥物載體，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向輸送和緩釋。許多藥物在體內(nèi)的治療效果受到其溶解性和生物利用度的限制。Gemini表面活性劑具有良好的增溶性能，能夠?qū)㈦y溶性藥物包裹在其形成的膠束或囊泡中，提高藥物的溶解度和穩(wěn)定性。一些含有親水性連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑形成的膠束，能夠有效地包裹抗癌藥物，如紫杉醇。在體內(nèi)，這些膠束可以通過(guò)被動(dòng)靶向或主動(dòng)靶向的方式，將藥物輸送到腫瘤組織，提高藥物在腫瘤部位的濃度，增強(qiáng)治療效果。Gemini表面活性劑還可以通過(guò)改變其結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)藥物的緩釋。通過(guò)調(diào)整連接基團(tuán)的長(zhǎng)度和柔性，以及在表面引入一些特殊的功能基團(tuán)，可以控制藥物從膠束或囊泡中的釋放速率，延長(zhǎng)藥物的作用時(shí)間。在基因治療領(lǐng)域，Gemini表面活性劑可用于構(gòu)建基因載體?；蛑委熓且环N新興的治療方法，通過(guò)將外源基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的治療。然而，基因的有效傳遞面臨著許多挑戰(zhàn)，如基因的穩(wěn)定性、細(xì)胞攝取效率等。Gemini表面活性劑具有良好的生物相容性和陽(yáng)離子特性，能夠與帶負(fù)電荷的DNA分子通過(guò)靜電相互作用形成復(fù)合物。這種復(fù)合物可以保護(hù)DNA分子免受核酸酶的降解，同時(shí)促進(jìn)其被細(xì)胞攝取。研究表明，一些陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑與DNA形成的復(fù)合物，能夠高效地將基因?qū)爰?xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)基因的表達(dá)和調(diào)控。在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，這些復(fù)合物對(duì)某些細(xì)胞系的基因轉(zhuǎn)染效率明顯高于傳統(tǒng)的基因載體。在生物材料表面改性方面，Gemini表面活性劑可以改善生物材料的表面性能，提高其生物相容性和細(xì)胞黏附性。一些生物材料，如醫(yī)用高分子材料，在與生物組織接觸時(shí)，可能會(huì)引起免疫反應(yīng)或細(xì)胞黏附不良等問(wèn)題。通過(guò)在生物材料表面修飾Gemini表面活性劑，可以改變材料表面的電荷分布和化學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)其與生物分子的相互作用。在聚乳酸材料表面修飾Gemini表面活性劑后，材料表面的親水性增強(qiáng)，細(xì)胞在其表面的黏附和增殖能力明顯提高，這對(duì)于組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。2.3.4環(huán)保領(lǐng)域在環(huán)保領(lǐng)域，Gemini表面活性劑在廢水處理、污染物吸附和浮油分散等方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果。在廢水處理中，Gemini表面活性劑可用于去除廢水中的重金屬離子和有機(jī)污染物。其原理是Gemini表面活性劑具有較強(qiáng)的螯合能力和表面活性。對(duì)于重金屬離子，Gemini表面活性劑分子中的極性基團(tuán)可以與重金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。一些含有羧基或磺酸基的Gemini表面活性劑，能夠與銅離子、鉛離子等重金屬離子形成絡(luò)合物。這些絡(luò)合物可以通過(guò)沉淀、過(guò)濾等方法從廢水中分離出來(lái)，從而達(dá)到去除重金屬離子的目的。對(duì)于有機(jī)污染物，Gemini表面活性劑的表面活性使其能夠降低油水界面張力，促進(jìn)有機(jī)污染物在水中的乳化和分散。然后，通過(guò)與其他處理方法（如絮凝、氧化等）相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的有效去除。在處理含有油類污染物的廢水時(shí)，Gemini表面活性劑可以使油滴分散在水中，再加入絮凝劑，使油滴和絮凝劑形成絮體，通過(guò)沉淀或過(guò)濾去除。在污染物吸附方面，Gemini表面活性劑修飾的材料具有較高的吸附性能。將Gemini表面活性劑負(fù)載在多孔材料（如活性炭、介孔二氧化硅等）表面，可以制備出高效的吸附劑。Gemini表面活性劑的存在增加了材料表面的活性位點(diǎn)和吸附能力。以Gemini表面活性劑修飾的活性炭為例，它對(duì)一些有機(jī)染料（如亞甲基藍(lán)、甲基橙等）的吸附量明顯高于未修飾的活性炭。這是因?yàn)镚emini表面活性劑的疏水鏈可以與有機(jī)染料分子發(fā)生疏水相互作用，而親水基則增強(qiáng)了材料與水的親和性，有利于吸附過(guò)程的進(jìn)行。在浮油分散方面，Gemini表面活性劑能夠有效地分散水面上的浮油。當(dāng)水面發(fā)生溢油事故時(shí)，Gemini表面活性劑可以迅速降低油水界面張力，使浮油分散成小油滴。這些小油滴在水中的分散，增加了油與空氣的接觸面積，有利于油的自然氧化和微生物降解。Gemini表面活性劑形成的保護(hù)膜還可以防止小油滴重新聚集，提高浮油分散的穩(wěn)定性。一些Gemini表面活性劑在較低濃度下就能使浮油有效地分散在水面上，為溢油事故的處理提供了一種有效的方法。三、離子液晶的構(gòu)筑原理與方法3.1離子液晶的形成及基本原理離子液晶通常由長(zhǎng)鏈有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)陰離子組成，在一定條件下呈現(xiàn)出獨(dú)特的分子排列方式。其形成過(guò)程與分子間的相互作用密切相關(guān)。以一種常見(jiàn)的離子液晶體系為例，長(zhǎng)鏈有機(jī)陽(yáng)離子的一端為極性頭，另一端為長(zhǎng)的烷基鏈。在體系中，長(zhǎng)鏈有機(jī)陽(yáng)離子的烷基鏈部分由于疏水作用相互聚集，形成疏水區(qū)域；而極性頭則與無(wú)機(jī)陰離子通過(guò)靜電相互作用結(jié)合在一起，形成離子對(duì)。這些離子對(duì)在體系中進(jìn)一步排列，形成周期性有序的結(jié)構(gòu)，從而形成離子液晶。離子液晶分子的取向有序是其呈現(xiàn)各向異性的關(guān)鍵。在離子液晶相中，分子長(zhǎng)軸具有一定的取向傾向性，這種取向有序?qū)е铝穗x子液晶在光學(xué)、電學(xué)等性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。在光學(xué)性質(zhì)方面，離子液晶具有雙折射現(xiàn)象。當(dāng)光線進(jìn)入離子液晶時(shí)，由于分子取向有序，沿著不同方向傳播的光會(huì)感受到不同的折射率，從而發(fā)生雙折射。對(duì)于向列相離子液晶，分子長(zhǎng)軸的平均取向方向與光軸方向不一致，使得光在平行和垂直于分子長(zhǎng)軸方向上的傳播速度不同，進(jìn)而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。這種雙折射特性使得離子液晶在光學(xué)器件中具有重要應(yīng)用，如用于制備光調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)等。在電學(xué)性質(zhì)方面，離子液晶的離子傳導(dǎo)具有各向異性。由于分子取向有序，離子在不同方向上的遷移路徑和遷移速率不同。在平行于分子長(zhǎng)軸方向上，離子可以沿著分子鏈的方向更容易地遷移，而在垂直方向上，離子的遷移則受到一定的阻礙。這種離子傳導(dǎo)的各向異性使得離子液晶在電池電解質(zhì)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。3.2離子液晶的構(gòu)筑方法3.2.1陰陽(yáng)離子基團(tuán)的選擇陰陽(yáng)離子基團(tuán)的選擇是構(gòu)筑離子液晶的關(guān)鍵步驟，這直接決定了離子液晶的基本性質(zhì)和應(yīng)用方向。陽(yáng)離子基團(tuán)通常為長(zhǎng)鏈有機(jī)陽(yáng)離子，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)離子液晶的性能有著顯著影響。以季銨鹽陽(yáng)離子為例，常見(jiàn)的如十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），其長(zhǎng)鏈烷基提供了較強(qiáng)的疏水性，使得分子在溶液中傾向于聚集，有利于形成液晶相。不同長(zhǎng)度的烷基鏈會(huì)影響陽(yáng)離子的疏水性和空間位阻。較短的烷基鏈（如C8-C10）會(huì)使陽(yáng)離子的疏水性相對(duì)較弱，可能導(dǎo)致液晶相的穩(wěn)定性降低。而較長(zhǎng)的烷基鏈（如C16-C18）則會(huì)增強(qiáng)疏水性，但過(guò)長(zhǎng)的烷基鏈可能會(huì)增加分子間的位阻，影響分子的排列和取向。在某些情況下，引入含有特殊功能基團(tuán)的陽(yáng)離子，如含有羥基、氨基等極性基團(tuán)的陽(yáng)離子，能夠賦予離子液晶一些特殊的性能。含有羥基的陽(yáng)離子可以增強(qiáng)離子液晶與水分子的相互作用，使其在水性體系中具有更好的分散性和穩(wěn)定性，這對(duì)于一些需要在水溶液中應(yīng)用的離子液晶材料，如生物傳感器中的離子液晶敏感膜，具有重要意義。陰離子基團(tuán)的選擇同樣重要，常見(jiàn)的陰離子有鹵素離子（如Cl-、Br-）、硫酸根離子（SO42-）、磷酸根離子（PO43-）等。不同的陰離子與陽(yáng)離子之間的相互作用不同，會(huì)影響離子液晶的相行為和物理化學(xué)性質(zhì)。鹵素離子的半徑和電負(fù)性不同，會(huì)導(dǎo)致其與陽(yáng)離子之間的靜電作用存在差異。較小半徑的鹵素離子（如F-）與陽(yáng)離子的結(jié)合力較強(qiáng)，可能會(huì)使離子液晶的熔點(diǎn)升高，相轉(zhuǎn)變溫度范圍變窄。而較大半徑的鹵素離子（如I-）與陽(yáng)離子的結(jié)合力相對(duì)較弱，可能會(huì)使離子液晶的相行為更加復(fù)雜，出現(xiàn)更多的液晶相態(tài)。硫酸根離子和磷酸根離子由于其電荷數(shù)較高，與陽(yáng)離子之間的靜電作用較強(qiáng)，能夠形成較為穩(wěn)定的離子對(duì)。在一些離子液晶體系中，使用硫酸根離子作為陰離子，能夠提高離子液晶的離子傳導(dǎo)性，這是因?yàn)榱蛩岣x子的存在增加了離子的濃度和遷移率，使得離子在電場(chǎng)作用下更容易移動(dòng)，從而提高了離子液晶的電學(xué)性能，在電池電解質(zhì)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。陰陽(yáng)離子基團(tuán)的選擇還需要考慮其與目標(biāo)性能的匹配。在制備用于光電器件的離子液晶時(shí)，需要選擇具有良好光學(xué)性能的陰陽(yáng)離子基團(tuán)。一些含有共軛結(jié)構(gòu)的陽(yáng)離子或陰離子，能夠吸收特定波長(zhǎng)的光，使離子液晶具有光致變色等光學(xué)特性。在制備用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的離子液晶時(shí)，則需要選擇生物相容性好的陰陽(yáng)離子基團(tuán)，以確保離子液晶在生物體內(nèi)不會(huì)引起不良反應(yīng)。一些天然的有機(jī)陽(yáng)離子或陰離子，如氨基酸衍生的陽(yáng)離子、核苷酸衍生的陰離子等，具有較好的生物相容性，有望用于制備生物傳感器、藥物載體等生物醫(yī)學(xué)材料。3.2.2陰陽(yáng)離子長(zhǎng)度和剛性的調(diào)節(jié)陰陽(yáng)離子的長(zhǎng)度和剛性對(duì)離子液晶的性能有著重要影響，通過(guò)調(diào)節(jié)陰陽(yáng)離子的長(zhǎng)度和剛性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)離子液晶性能的有效調(diào)控。陽(yáng)離子的長(zhǎng)度和剛性會(huì)影響離子液晶分子間的相互作用和排列方式。以長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽陽(yáng)離子為例，隨著烷基鏈長(zhǎng)度的增加，分子間的范德華力增強(qiáng)。當(dāng)烷基鏈長(zhǎng)度較短時(shí)，分子間的范德華力較弱，離子液晶分子的排列相對(duì)較為松散，液晶相的穩(wěn)定性較低。而當(dāng)烷基鏈長(zhǎng)度增加到一定程度時(shí)，分子間的范德華力增強(qiáng)，使得離子液晶分子能夠更緊密地排列，有利于液晶相的形成和穩(wěn)定。較長(zhǎng)的烷基鏈還會(huì)增加分子的空間位阻，影響離子液晶分子的取向和流動(dòng)性。在一些情況下，適當(dāng)增加烷基鏈長(zhǎng)度可以提高離子液晶的熱穩(wěn)定性，因?yàn)檩^長(zhǎng)的烷基鏈在高溫下能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不易發(fā)生分解或降解。陽(yáng)離子的剛性也會(huì)對(duì)離子液晶的性能產(chǎn)生影響。含有剛性基團(tuán)（如苯環(huán)、吡啶環(huán)等）的陽(yáng)離子，由于其分子結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，能夠限制分子的運(yùn)動(dòng)，使得離子液晶分子的排列更加有序。這種有序排列有助于提高離子液晶的相轉(zhuǎn)變溫度和穩(wěn)定性。含有苯環(huán)的陽(yáng)離子可以通過(guò)π-π相互作用與其他分子相互作用，增強(qiáng)分子間的相互作用力，從而提高離子液晶的穩(wěn)定性。在某些情況下，剛性陽(yáng)離子還可以影響離子液晶的光學(xué)性能。由于剛性結(jié)構(gòu)對(duì)光的吸收和散射特性不同，含有剛性陽(yáng)離子的離子液晶可能具有特殊的光學(xué)性質(zhì)，如雙折射、熒光等，這在光電器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。陰離子的長(zhǎng)度和剛性同樣會(huì)影響離子液晶的性能。對(duì)于一些長(zhǎng)鏈陰離子，如長(zhǎng)鏈脂肪酸根離子，其長(zhǎng)度的變化會(huì)影響離子液晶分子間的相互作用和排列。較長(zhǎng)的脂肪酸根離子會(huì)增加分子間的空間位阻，使得離子液晶分子的排列更加復(fù)雜。在某些情況下，較長(zhǎng)的脂肪酸根離子可能會(huì)導(dǎo)致離子液晶形成特殊的相態(tài)，如層狀液晶相，這種相態(tài)在一些潤(rùn)滑材料和藥物載體中具有應(yīng)用潛力。陰離子的剛性也會(huì)對(duì)離子液晶的性能產(chǎn)生影響。含有剛性結(jié)構(gòu)的陰離子（如芳香酸根離子），能夠與陽(yáng)離子形成更穩(wěn)定的離子對(duì)，增強(qiáng)離子液晶分子間的相互作用力。這種穩(wěn)定的離子對(duì)結(jié)構(gòu)有助于提高離子液晶的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。在一些需要在高溫或化學(xué)環(huán)境中應(yīng)用的離子液晶材料中，選擇含有剛性陰離子的體系可以提高材料的性能。陰陽(yáng)離子長(zhǎng)度和剛性的協(xié)同調(diào)節(jié)對(duì)離子液晶的性能影響更為顯著。當(dāng)陰陽(yáng)離子的長(zhǎng)度和剛性相互匹配時(shí)，能夠形成穩(wěn)定的離子液晶結(jié)構(gòu)。在某些體系中，選擇長(zhǎng)度適中的陽(yáng)離子和剛性較強(qiáng)的陰離子，能夠使離子液晶分子間的相互作用達(dá)到最佳狀態(tài)，從而提高離子液晶的綜合性能。通過(guò)調(diào)節(jié)陰陽(yáng)離子的長(zhǎng)度和剛性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)離子液晶相行為、熱穩(wěn)定性、光學(xué)性能、電學(xué)性能等多方面性能的調(diào)控，為離子液晶材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了更多的可能性。3.2.3陰陽(yáng)離子比例的控制陰陽(yáng)離子比例的控制在離子液晶的構(gòu)筑中起著至關(guān)重要的作用，它直接影響著離子液晶的形成和性能。陰陽(yáng)離子比例會(huì)影響離子液晶的相行為。在離子液晶體系中，陰陽(yáng)離子通過(guò)靜電相互作用形成離子對(duì)，離子對(duì)的數(shù)量和分布會(huì)影響分子的排列和聚集方式，從而影響液晶相的形成。當(dāng)陰陽(yáng)離子比例偏離一定范圍時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致液晶相的消失或出現(xiàn)新的相態(tài)。在一些研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子的摩爾比為1:1時(shí)，能夠形成穩(wěn)定的液晶相。這是因?yàn)樵谶@種比例下，陰陽(yáng)離子能夠充分配對(duì)，形成均勻分布的離子對(duì)，有利于分子的有序排列和液晶相的穩(wěn)定。當(dāng)陽(yáng)離子過(guò)量時(shí)，多余的陽(yáng)離子可能會(huì)破壞離子對(duì)的平衡，導(dǎo)致分子間的靜電作用發(fā)生變化，從而影響液晶相的形成。陽(yáng)離子過(guò)量可能會(huì)使離子液晶分子間的靜電排斥作用增強(qiáng)，分子排列變得無(wú)序，液晶相的穩(wěn)定性降低。陰陽(yáng)離子比例還會(huì)影響離子液晶的物理化學(xué)性能。在電學(xué)性能方面，陰陽(yáng)離子比例的變化會(huì)影響離子液晶的離子傳導(dǎo)性。離子傳導(dǎo)性與離子的濃度和遷移率密切相關(guān)。當(dāng)陰陽(yáng)離子比例合適時(shí)，離子液晶中離子對(duì)的解離程度適中，離子的濃度和遷移率較高，從而具有較好的離子傳導(dǎo)性。而當(dāng)陰陽(yáng)離子比例失調(diào)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致離子對(duì)的解離受到抑制，離子濃度降低，或者離子的遷移受到阻礙，從而降低離子液晶的離子傳導(dǎo)性。在某些離子液晶體系中，適當(dāng)增加陽(yáng)離子的比例，可以提高離子液晶的離子傳導(dǎo)性，這是因?yàn)樵黾雨?yáng)離子濃度可以增加離子的數(shù)量，同時(shí)可能改變離子的遷移路徑，使得離子更容易在電場(chǎng)作用下移動(dòng)。在光學(xué)性能方面，陰陽(yáng)離子比例的變化也會(huì)對(duì)離子液晶產(chǎn)生影響。不同的陰陽(yáng)離子比例會(huì)導(dǎo)致離子液晶分子的排列和取向發(fā)生變化，從而影響其光學(xué)各向異性。在一些具有雙折射特性的離子液晶中，陰陽(yáng)離子比例的改變可能會(huì)導(dǎo)致雙折射程度的變化。當(dāng)陰陽(yáng)離子比例調(diào)整到一定程度時(shí)，可能會(huì)使離子液晶分子的取向更加有序，從而增強(qiáng)雙折射效果。這種光學(xué)性能的變化在光電器件中具有重要應(yīng)用，如在光調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)等器件中，可以通過(guò)控制陰陽(yáng)離子比例來(lái)調(diào)節(jié)離子液晶的光學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制和控制。陰陽(yáng)離子比例的控制還需要考慮到離子液晶的應(yīng)用需求。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)離子液晶的性能要求不同，因此需要根據(jù)具體應(yīng)用來(lái)優(yōu)化陰陽(yáng)離子比例。在電池電解質(zhì)領(lǐng)域，需要離子液晶具有較高的離子傳導(dǎo)性和穩(wěn)定性，此時(shí)需要精確控制陰陽(yáng)離子比例，以滿足電池的充放電性能要求。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，除了考慮離子液晶的性能外，還需要關(guān)注其生物相容性，陰陽(yáng)離子比例的選擇應(yīng)確保離子液晶在生物體內(nèi)不會(huì)引起不良反應(yīng)。在生物傳感器中，陰陽(yáng)離子比例的優(yōu)化可以提高傳感器的靈敏度和選擇性，使其能夠更準(zhǔn)確地檢測(cè)生物分子。3.3影響離子液晶形成和性能的因素3.3.1基團(tuán)的結(jié)構(gòu)基團(tuán)的結(jié)構(gòu)對(duì)離子液晶的形成和性能有著深遠(yuǎn)的影響。以陽(yáng)離子基團(tuán)為例，不同的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致其與陰離子之間的相互作用方式和強(qiáng)度不同。當(dāng)陽(yáng)離子基團(tuán)為長(zhǎng)鏈烷基季銨鹽時(shí)，其長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)提供了較強(qiáng)的疏水性。在離子液晶體系中，這種疏水性使得陽(yáng)離子與陰離子之間的靜電作用受到一定程度的屏蔽。長(zhǎng)鏈烷基的存在使得陽(yáng)離子周圍形成了一個(gè)相對(duì)疏水的環(huán)境，陰離子與陽(yáng)離子的結(jié)合受到空間位阻和疏水效應(yīng)的影響。這種情況下，離子液晶分子的排列方式會(huì)發(fā)生改變，可能導(dǎo)致液晶相的穩(wěn)定性和相轉(zhuǎn)變溫度發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陽(yáng)離子的烷基鏈長(zhǎng)度增加時(shí)，離子液晶的熔點(diǎn)通常會(huì)升高。這是因?yàn)檩^長(zhǎng)的烷基鏈增強(qiáng)了分子間的范德華力，使得分子間的相互作用更強(qiáng)，需要更高的能量才能破壞這種有序排列，從而提高了熔點(diǎn)。同時(shí)，較長(zhǎng)的烷基鏈也會(huì)增加分子的空間位阻，影響離子液晶分子的取向和流動(dòng)性，使得液晶相的形成和穩(wěn)定需要更嚴(yán)格的條件。陰離子基團(tuán)的結(jié)構(gòu)同樣對(duì)離子液晶的性能有重要影響。例如，硫酸根離子（SO42-）和磷酸根離子（PO43-）由于其電荷數(shù)較高，與陽(yáng)離子之間的靜電作用較強(qiáng)。在離子液晶體系中，這種強(qiáng)靜電作用使得離子對(duì)的穩(wěn)定性增加。以含有硫酸根離子的離子液晶為例，硫酸根離子與陽(yáng)離子形成的離子對(duì)在溶液中相對(duì)穩(wěn)定，不易解離。這導(dǎo)致離子液晶中離子的遷移率相對(duì)較低，從而影響了其電學(xué)性能。在電場(chǎng)作用下，離子的遷移速度較慢，使得離子液晶的離子傳導(dǎo)性受到一定限制。然而，這種強(qiáng)靜電作用也使得離子液晶分子間的相互作用力增強(qiáng)，有利于形成穩(wěn)定的液晶相。在一些需要穩(wěn)定液晶相的應(yīng)用中，如液晶顯示器中的液晶材料，利用硫酸根離子與陽(yáng)離子之間的強(qiáng)靜電作用，可以提高液晶相的穩(wěn)定性，保證顯示器的正常工作。連接陽(yáng)離子和陰離子的基團(tuán)結(jié)構(gòu)也會(huì)影響離子液晶的性能。如果連接基團(tuán)具有一定的柔性，如聚氧乙烯鏈（-(CH2CH2O)n-），它可以在一定程度上緩沖陽(yáng)離子和陰離子之間的相互作用。在離子液晶體系中，柔性連接基團(tuán)使得離子對(duì)的相對(duì)位置和取向更加靈活。這種靈活性有助于降低離子液晶分子間的內(nèi)應(yīng)力，提高液晶相的穩(wěn)定性。柔性連接基團(tuán)還可以增加離子液晶的溶解性和加工性能。由于柔性連接基團(tuán)的存在，離子液晶分子在溶液中更容易分散，有利于制備均勻的溶液，從而便于進(jìn)行后續(xù)的加工和應(yīng)用。在一些需要將離子液晶加工成薄膜或纖維的應(yīng)用中，柔性連接基團(tuán)可以提高材料的可加工性，使得制備過(guò)程更加容易控制。相反，如果連接基團(tuán)是剛性的，如苯環(huán)等，會(huì)限制離子對(duì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可能導(dǎo)致離子液晶的相轉(zhuǎn)變溫度升高，液晶相的穩(wěn)定性降低。剛性連接基團(tuán)使得離子液晶分子的排列更加規(guī)整，但也增加了分子間的內(nèi)應(yīng)力，使得液晶相的形成和穩(wěn)定更加困難。3.3.2基團(tuán)的電荷性質(zhì)基團(tuán)的電荷性質(zhì)是影響離子液晶性能的關(guān)鍵因素之一，它主要通過(guò)影響分子間的靜電相互作用來(lái)發(fā)揮作用。陽(yáng)離子和陰離子的電荷性質(zhì)直接決定了離子液晶中離子對(duì)的形成和相互作用方式。當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子的電荷密度較高時(shí)，它們之間的靜電引力較強(qiáng)。在離子液晶體系中，這種強(qiáng)靜電引力使得離子對(duì)緊密結(jié)合，離子的解離程度較低。以季銨鹽陽(yáng)離子和鹵素陰離子組成的離子液晶為例，季銨鹽陽(yáng)離子帶正電荷，鹵素陰離子帶負(fù)電荷，它們之間的靜電引力使得離子對(duì)在溶液中相對(duì)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定性對(duì)離子液晶的電學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。由于離子的解離程度低，離子液晶中的自由離子濃度較低，導(dǎo)致其電導(dǎo)率相對(duì)較低。在電場(chǎng)作用下，離子的遷移受到限制，因?yàn)殡x子對(duì)的緊密結(jié)合使得離子難以脫離離子對(duì)的束縛而自由移動(dòng)。然而，這種強(qiáng)靜電作用也有利于形成穩(wěn)定的液晶相。離子對(duì)的緊密結(jié)合使得分子間的相互作用增強(qiáng)，分子排列更加有序，從而提高了液晶相的穩(wěn)定性。在一些需要穩(wěn)定液晶相的應(yīng)用中，如液晶顯示器中的液晶材料，利用陽(yáng)離子和陰離子之間的強(qiáng)靜電作用，可以保證液晶相在不同條件下的穩(wěn)定性，提高顯示器的顯示效果和可靠性。相反，當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子的電荷密度較低時(shí)，離子對(duì)的結(jié)合相對(duì)較弱，離子的解離程度較高。在這種情況下，離子液晶中的自由離子濃度增加，電導(dǎo)率相應(yīng)提高。以一些含有弱電荷基團(tuán)的離子液晶為例，陽(yáng)離子和陰離子之間的靜電引力較弱，離子對(duì)在溶液中容易解離。在電場(chǎng)作用下，這些自由離子能夠更自由地移動(dòng)，從而提高了離子液晶的離子傳導(dǎo)性。這種高離子傳導(dǎo)性在一些電池電解質(zhì)等應(yīng)用中具有重要意義。在電池中，需要電解質(zhì)具有良好的離子傳導(dǎo)性，以保證電池的充放電效率。含有弱電荷基團(tuán)的離子液晶作為電池電解質(zhì)，可以使離子在電池內(nèi)部快速遷移，提高電池的性能。然而，離子對(duì)結(jié)合較弱也可能導(dǎo)致液晶相的穩(wěn)定性下降。由于分子間的相互作用較弱，離子液晶分子的排列可能不夠有序，容易受到外界因素的影響而發(fā)生相轉(zhuǎn)變。在高溫或高電場(chǎng)強(qiáng)度等條件下，液晶相可能會(huì)不穩(wěn)定，出現(xiàn)相分離或相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，影響離子液晶的正常使用。陽(yáng)離子和陰離子的電荷分布也會(huì)影響離子液晶的性能。如果陽(yáng)離子或陰離子的電荷分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致分子的極性發(fā)生變化，進(jìn)而影響分子間的相互作用。一些含有不對(duì)稱電荷分布的陽(yáng)離子，其電荷集中在分子的一端，使得分子具有較強(qiáng)的極性。在離子液晶體系中，這種極性分子與其他分子之間的相互作用不僅包括靜電相互作用，還包括偶極-偶極相互作用。這種復(fù)雜的相互作用會(huì)影響離子液晶分子的排列和取向。極性分子可能會(huì)傾向于與其他分子形成特定的排列方式，以降低體系的能量。這種排列方式的改變可能會(huì)導(dǎo)致液晶相的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化。電荷分布不均勻還可能影響離子液晶的溶解性和表面活性。極性較強(qiáng)的分子在溶液中可能更容易與溶劑分子相互作用，從而影響離子液晶在溶液中的溶解性。在界面上，電荷分布不均勻的分子可能會(huì)表現(xiàn)出不同的表面活性，影響離子液晶在界面上的吸附和自組裝行為。3.3.3基團(tuán)的極性基團(tuán)的極性在離子液晶的形成和性能方面扮演著重要角色。陽(yáng)離子和陰離子的極性對(duì)離子液晶的分子間相互作用有著顯著影響。當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子具有較強(qiáng)的極性時(shí)，它們之間的靜電相互作用會(huì)增強(qiáng)。以含有強(qiáng)極性基團(tuán)的離子液晶為例，陽(yáng)離子上的強(qiáng)極性基團(tuán)（如羥基、氨基等）與陰離子之間通過(guò)靜電引力和氫鍵等相互作用緊密結(jié)合。這種強(qiáng)相互作用使得離子對(duì)在溶液中更加穩(wěn)定，離子的解離程度降低。在離子液晶體系中，離子對(duì)的穩(wěn)定性對(duì)液晶相的形成和穩(wěn)定性至關(guān)重要。穩(wěn)定的離子對(duì)有利于分子間形成有序的排列，從而促進(jìn)液晶相的形成。由于離子對(duì)的緊密結(jié)合，分子間的距離相對(duì)固定，分子排列更加規(guī)整，液晶相的穩(wěn)定性得到提高。這種強(qiáng)極性導(dǎo)致的強(qiáng)相互作用也會(huì)對(duì)離子液晶的電學(xué)性能產(chǎn)生影響。由于離子的解離程度低，離子液晶中的自由離子濃度較低，電導(dǎo)率相對(duì)較低。在電場(chǎng)作用下，離子的遷移受到限制，因?yàn)殡x子對(duì)的緊密結(jié)合使得離子難以脫離離子對(duì)的束縛而自由移動(dòng)。在一些需要低電導(dǎo)率的應(yīng)用中，如某些電絕緣材料，利用離子液晶中強(qiáng)極性基團(tuán)導(dǎo)致的低電導(dǎo)率特性，可以滿足材料的絕緣要求。相反，當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子的極性較弱時(shí)，離子對(duì)的結(jié)合相對(duì)較弱，離子的解離程度較高。在這種情況下，離子液晶中的自由離子濃度增加，電導(dǎo)率相應(yīng)提高。以一些含有弱極性基團(tuán)的離子液晶為例，陽(yáng)離子和陰離子之間的相互作用主要是較弱的范德華力，離子對(duì)在溶液中容易解離。在電場(chǎng)作用下，這些自由離子能夠更自由地移動(dòng)，從而提高了離子液晶的離子傳導(dǎo)性。這種高離子傳導(dǎo)性在一些電池電解質(zhì)等應(yīng)用中具有重要意義。在電池中，需要電解質(zhì)具有良好的離子傳導(dǎo)性，以保證電池的充放電效率。含有弱極性基團(tuán)的離子液晶作為電池電解質(zhì)，可以使離子在電池內(nèi)部快速遷移，提高電池的性能。然而，離子對(duì)結(jié)合較弱也可能導(dǎo)致液晶相的穩(wěn)定性下降。由于分子間的相互作用較弱，離子液晶分子的排列可能不夠有序，容易受到外界因素的影響而發(fā)生相轉(zhuǎn)變。在高溫或高電場(chǎng)強(qiáng)度等條件下，液晶相可能會(huì)不穩(wěn)定，出現(xiàn)相分離或相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，影響離子液晶的正常使用?；鶊F(tuán)的極性還會(huì)影響離子液晶的溶解性和與其他材料的相容性。極性較強(qiáng)的離子液晶分子更容易與極性溶劑相互作用，在極性溶劑中具有較好的溶解性。這使得在制備離子液晶溶液時(shí)，極性較強(qiáng)的離子液晶更容易溶解，有利于制備均勻的溶液。在一些需要將離子液晶加工成薄膜或纖維的應(yīng)用中，良好的溶解性可以保證離子液晶在加工過(guò)程中的均勻分散，提高材料的質(zhì)量。相反，極性較弱的離子液晶分子在非極性溶劑中可能具有更好的溶解性。這種溶解性的差異為離子液晶在不同溶劑體系中的應(yīng)用提供了選擇?；鶊F(tuán)的極性還會(huì)影響離子液晶與其他材料的相容性。極性相似的材料之間更容易相互作用，形成穩(wěn)定的復(fù)合材料。當(dāng)離子液晶與其他極性材料復(fù)合時(shí)，極性基團(tuán)之間的相互作用可以增強(qiáng)材料之間的界面結(jié)合力，提高復(fù)合材料的性能。在制備離子液晶-聚合物復(fù)合材料時(shí)，通過(guò)選擇極性匹配的離子液晶和聚合物，可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能等。3.3.4基團(tuán)的體積和形狀基團(tuán)的體積和形狀對(duì)離子液晶的形成和性能有著不可忽視的影響。陽(yáng)離子和陰離子的體積大小會(huì)影響離子液晶分子間的空間排列和相互作用。當(dāng)陽(yáng)離子或陰離子的體積較大時(shí)，會(huì)增加分子間的空間位阻。以含有大體積陽(yáng)離子的離子液晶為例，大體積陽(yáng)離子占據(jù)較大的空間，使得周圍的陰離子和其他分子難以靠近。在離子液晶體系中，這種空間位阻會(huì)影響離子對(duì)的形成和排列。離子對(duì)之間的距離可能會(huì)增大，分子間的相互作用減弱。這可能導(dǎo)致液晶相的穩(wěn)定性下降，相轉(zhuǎn)變溫度降低。大體積陽(yáng)離子還可能影響離子液晶分子的取向。由于空間位阻的存在，分子的取向受到限制，難以形成有序的排列。在一些需要分子高度有序排列的應(yīng)用中，如液晶顯示器中的液晶材料，大體積陽(yáng)離子可能會(huì)影響顯示器的顯示效果，因?yàn)榉肿拥臒o(wú)序排列會(huì)導(dǎo)致光的散射和偏振特性發(fā)生變化，降低顯示器的對(duì)比度和清晰度。相反，當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子的體積較小時(shí)，分子間的空間位阻較小，離子對(duì)之間的距離相對(duì)較近，分子間的相互作用增強(qiáng)。在這種情況下，離子液晶分子更容易形成有序的排列，液晶相的穩(wěn)定性提高。以一些含有小體積離子的離子液晶為例，小體積離子之間的相互作用較強(qiáng)，能夠形成緊密的離子對(duì)。這些離子對(duì)在溶液中更容易排列成有序的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)液晶相的形成。小體積離子還可能提高離子液晶的離子傳導(dǎo)性。由于離子間的距離較近，離子在電場(chǎng)作用下更容易遷移，從而提高了離子液晶的電學(xué)性能。在一些電池電解質(zhì)等應(yīng)用中，利用小體積離子的這種特性，可以提高電池的充放電效率?；鶊F(tuán)的形狀也會(huì)對(duì)離子液晶的性能產(chǎn)生影響。如果陽(yáng)離子或陰離子具有特殊的形狀，如棒狀、盤狀等，會(huì)影響分子間的相互作用和排列方式。棒狀的陽(yáng)離子或陰離子在溶液中更容易形成線性排列，有利于形成向列相液晶。棒狀分子的長(zhǎng)軸方向具有一定的取向傾向性，當(dāng)它們?cè)谌芤褐信帕袝r(shí)，會(huì)形成分子長(zhǎng)軸大致平行的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是向列相液晶的典型特征。在向列相液晶中，分子的取向有序?qū)е铝似湓诠鈱W(xué)和電學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。在光學(xué)性質(zhì)方面，向列相液晶具有雙折射現(xiàn)象，這是由于分子取向有序，使得光在不同方向上的傳播速度不同。在電學(xué)性質(zhì)方面，離子在向列相液晶中的傳導(dǎo)也具有各向異性，離子在平行于分子長(zhǎng)軸方向上的遷移更容易。盤狀的陽(yáng)離子或陰離子則可能更容易形成盤狀液晶相。盤狀分子在溶液中傾向于形成層狀排列，每層分子的平面相互平行。這種層狀結(jié)構(gòu)賦予盤狀液晶相一些獨(dú)特的性能，如較高的離子傳導(dǎo)性和良好的熱穩(wěn)定性。在一些需要高離子傳導(dǎo)性的應(yīng)用中，如電池電解質(zhì)，盤狀液晶相的離子液晶可能具有優(yōu)勢(shì)。3.4離子液晶的種類及特點(diǎn)根據(jù)陰陽(yáng)離子的組成和結(jié)構(gòu)，離子液晶可分為有機(jī)-無(wú)機(jī)混合型、全有機(jī)型、全無(wú)機(jī)型等類型。不同類型的離子液晶在性能和應(yīng)用方面各具特色。有機(jī)-無(wú)機(jī)混合型離子液晶結(jié)合了有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)。在這種類型的離子液晶中，長(zhǎng)鏈有機(jī)陽(yáng)離子提供了一定的柔性和可加工性，無(wú)機(jī)陰離子則賦予了其良好的穩(wěn)定性和功能性。一些含有金屬離子（如鋰、鈉、鉀等）的有機(jī)-無(wú)機(jī)混合型離子液晶，具有較高的離子傳導(dǎo)性。在電池電解質(zhì)領(lǐng)域，這種高離子傳導(dǎo)性使得離子能夠在電池內(nèi)部快速遷移，提高電池的充放電效率。有機(jī)-無(wú)機(jī)混合型離子液晶還具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。無(wú)機(jī)陰離子與有機(jī)陽(yáng)離子之間的相互作用形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使其在高溫和化學(xué)環(huán)境中能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。在一些需要在高溫或化學(xué)條件下應(yīng)用的領(lǐng)域，如高溫傳感器、化學(xué)反應(yīng)催化劑載體等，有機(jī)-無(wú)機(jī)混合型離子液晶具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。全有機(jī)型離子液晶由有機(jī)陽(yáng)離子和有機(jī)陰離子組成，具有較好的溶解性和加工性能。由于其分子結(jié)構(gòu)中全部為有機(jī)成分，在有機(jī)溶劑中具有良好的溶解性，這使得在制備全有機(jī)型離子液晶材料時(shí)，能夠更容易地通過(guò)溶液法進(jìn)行加工。在制備薄膜材料時(shí)，可以將全有機(jī)型離子液晶溶解在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，通過(guò)旋涂、噴涂等方法制備均勻的薄膜。全有機(jī)型離子液晶還具有較好的柔韌性和可塑性。其分子結(jié)構(gòu)的柔性使得材料在一定程度上能夠適應(yīng)不同的形狀和應(yīng)用場(chǎng)景。在一些需要柔性材料的領(lǐng)域，如柔性電子器件、可穿戴設(shè)備等，全有機(jī)型離子液晶具有應(yīng)用潛力。在可穿戴設(shè)備中，全有機(jī)型離子液晶可以作為顯示材料，其柔韌性能夠使其更好地貼合人體皮膚，實(shí)現(xiàn)舒適的佩戴和顯示功能。全無(wú)機(jī)型離子液晶通常具有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。其分子結(jié)構(gòu)中全部由無(wú)機(jī)離子組成，形成了穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。在高溫環(huán)境下，全無(wú)機(jī)型離子液晶能夠保持其結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性，不易發(fā)生分解或降解。在一些高溫工業(yè)過(guò)程中，如高溫熔爐、陶瓷燒制等，全無(wú)機(jī)型離子液晶可用于制備高溫傳感器、高溫絕緣材料等。全無(wú)機(jī)型離子液晶還具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。在一些化學(xué)腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境中，如化工生產(chǎn)、污水處理等領(lǐng)域，全無(wú)機(jī)型離子液晶可用于制備耐腐蝕的材料和器件。四、Gemini表面活性劑功能離子液晶的構(gòu)筑策略4.1構(gòu)筑思路與設(shè)計(jì)原則構(gòu)筑Gemini表面活性劑功能離子液晶的核心思路在于充分利用Gemini表面活性劑和離子液晶各自的特性，通過(guò)合理的分子設(shè)計(jì)和制備方法，實(shí)現(xiàn)兩者的有效結(jié)合，從而賦予液晶材料新的性能。從分子結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，Gemini表面活性劑具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其由兩個(gè)疏水鏈和兩個(gè)親水基通過(guò)連接基團(tuán)相連。在構(gòu)筑功能離子液晶時(shí)，利用Gemini表面活性劑的疏水鏈與離子液晶分子的疏水部分相互作用，形成穩(wěn)定的疏水區(qū)域。以一種常見(jiàn)的Gemini表面活性劑與離子液晶體系為例，Gemini表面活性劑的疏水鏈可以與離子液晶分子的長(zhǎng)鏈烷基部分相互纏繞，增強(qiáng)分子間的范德華力，使得體系更加穩(wěn)定。Gemini表面活性劑的親水基則可以與離子液晶中的離子相互作用，通過(guò)靜電相互作用、氫鍵等方式，調(diào)節(jié)離子液晶分子的排列和取向。陽(yáng)離子型Gemini表面活性劑的親水基可以與離子液晶中的陰離子形成離子對(duì)，這種相互作用不僅影響離子液晶分子的排列，還可能改變離子液晶的相行為和物理化學(xué)性能。設(shè)計(jì)原則上，需要綜合考慮多個(gè)因素。要考慮Gemini表面活性劑與離子液晶的兼容性。兩者的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)應(yīng)相互匹配，以確保在混合體系中能夠形成穩(wěn)定的液晶相。選擇具有合適長(zhǎng)度疏水鏈和連接基團(tuán)的Gemini表面活性劑，使其與離子液晶分子的尺寸和形狀相匹配。如果Gemini表面活性劑的疏水鏈過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，可能會(huì)導(dǎo)致與離子液晶分子的相互作用不協(xié)調(diào)，影響液晶相的形成和穩(wěn)定性。連接基團(tuán)的性質(zhì)和長(zhǎng)度也會(huì)影響Gemini表面活性劑與離子液晶分子的兼容性。柔性連接基團(tuán)可能會(huì)使Gemini表面活性劑在離子液晶體系中具有更好的流動(dòng)性和適應(yīng)性，而剛性連接基團(tuán)則可能會(huì)增強(qiáng)分子間的相互作用，提高液晶相的穩(wěn)定性，但也可能會(huì)降低體系的流動(dòng)性。要考慮目標(biāo)性能的實(shí)現(xiàn)。如果期望制備具有高離子傳導(dǎo)性的Gemini表面活性劑功能離子液晶，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇具有合適離子基團(tuán)的Gemini表面活性劑和離子液晶。選擇含有可移動(dòng)離子的Gemini表面活性劑，或者通過(guò)改變離子液晶的陰陽(yáng)離子組成，提高離子的遷移率。在設(shè)計(jì)用于光電材料的Gemini表面活性劑功能離子液晶時(shí)，應(yīng)關(guān)注其光學(xué)性能的優(yōu)化。引入具有共軛結(jié)構(gòu)的基團(tuán)，或者通過(guò)調(diào)節(jié)Gemini表面活性劑與離子液晶分子的排列方式，提高材料的光學(xué)各向異性，以滿足光電器件對(duì)材料光學(xué)性能的要求。還需要考慮制備工藝的可行性和成本效益。選擇易于合成和制備的Gemini表面活性劑和離子液晶體系，降低制備成本，同時(shí)確保制備過(guò)程的可控性和重復(fù)性。采用簡(jiǎn)單的溶液法或熔融法制備Gemini表面活性劑功能離子液晶，避免復(fù)雜的制備工藝，以提高生產(chǎn)效率和降低成本。4.2實(shí)驗(yàn)材料與方法本實(shí)驗(yàn)所需的Gemini表面活性劑為實(shí)驗(yàn)室自行合成，選用十二烷基溴化銨為原料，通過(guò)兩步法合成以亞甲基鏈為連接基團(tuán)的雙十二烷基二甲基溴化銨（簡(jiǎn)稱C12-s-C12，s表示連接基團(tuán)亞甲基鏈的碳原子數(shù)，本實(shí)驗(yàn)中s=2）。具體合成步驟如下：首先，將十二烷基溴化銨與過(guò)量的1,2-二溴乙烷在無(wú)水乙醇中回流反應(yīng)，生成帶有活性溴原子的中間體。在反應(yīng)過(guò)程中，控制反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)，以確保反應(yīng)充分進(jìn)行。然后，將中間體與二甲基胺在堿性條件下反應(yīng)，得到目標(biāo)Gemini表面活性劑。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)pH值至9-10，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)減壓蒸餾除去溶劑，再用丙酮進(jìn)行重結(jié)晶，得到純凈的C12-2-C12。液晶基元選用對(duì)甲氧基苯甲酸對(duì)辛氧基苯酚酯，它是一種典型的棒狀液晶基元，具有良好的液晶性能。該液晶基元通過(guò)酯化反應(yīng)制備，將對(duì)甲氧基苯甲酸和對(duì)辛氧基苯酚在濃硫酸的催化下，于甲苯中回流反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制在110℃，反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)水洗、堿洗、干燥等步驟除去雜質(zhì)，再用乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，得到高純度的對(duì)甲氧基苯甲酸對(duì)辛氧基苯酚酯。離子液體選用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[BMIM][PF6]），它具有良好的離子傳導(dǎo)性和穩(wěn)定性。[BMIM][PF6]通過(guò)兩步法合成，首先將N-甲基咪唑與1-溴丁烷在乙腈中反應(yīng)，生成1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽（[BMIM]Br）。反應(yīng)在60℃下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)。然后，將[BMIM]Br與六氟磷酸鉀在水中進(jìn)行離子交換反應(yīng)，得到[BMIM][PF6]。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)分液、水洗、干燥等步驟除去雜質(zhì)，得到純凈的[BMIM][PF6]。在制備Gemini表面活性劑功能離子液晶時(shí)，采用溶液法。將一定量的液晶基元、離子液體和Gemini表面活性劑按不同比例溶解在氯仿中，配制成濃度為10mg/mL的溶液。通過(guò)超聲振蕩15分鐘，使各組分充分混合均勻。然后，將溶液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上，在40℃下緩慢蒸發(fā)溶劑，使分子自組裝形成液晶結(jié)構(gòu)。待溶劑完全蒸發(fā)后，將得到的樣品在真空干燥箱中干燥24小時(shí)，以除