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为解决表面活性剂蠕虫状胶束（WLMs）流体在稀释和驱油等应用中的难题，武汉大学研究人员开展了芳香族助溶剂 / 两性离子表面活性剂二元水混合物中稀释驱动的凝胶 - 溶胶 - 凝胶 - 溶胶转变研究。结果发现该体系存在独特转变，这为制备可变粘度的 WLMs 流体提供了新途径。
在奇妙的微观世界里，表面活性剂的自组装行为就像一场神奇的 “分子舞蹈”，对材料科学和生命科学都有着至关重要的意义。在半稀释溶液中，表面活性剂能形成如球形胶束（SMs）、棒状胶束（RMs）、蠕虫状胶束（WLMs）和囊泡等多种分子聚集体；在浓溶液中，还会进一步形成三维立方和六方液晶等高级组装体。其中，具有粘弹性的 WLMs 在石油开采等领域有着巨大的应用潜力，比如作为聚合物压裂液和驱油剂的优良替代品，既能避免聚合物的不可逆剪切变稀，又能降低原油 / 水界面张力。
然而，WLMs 的高粘度却给实际应用带来了挑战。在注入过程中，高粘度使得操作困难，理想情况下，这些流体应该在初始时具有低粘度以便于注入，然后在储层条件下能自发增稠。虽然通过其他刺激可以方便地引发增稠过程，但在限制条件下，实现稀释诱导的原位增稠却非常困难，因为浓溶液中常常会形成高粘度的液晶相。在这样的背景下，为了探索如何实现稀释诱导的原位增稠以及揭示相关的微观机制，武汉大学的研究人员展开了深入研究。
研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：一是流变学测量，通过稳态和动态流变测量，研究混合物的粘度等流变性质随条件的变化；二是小角 X 射线散射（SAXS）技术，用于分析混合物中胶束的结构和形态变化；三是低温透射电子显微镜（cryo - TEM）测量，直观观察胶束的微观结构；四是质子核磁共振（1H NMR）测量，探究分子间的相互作用。
研究结果如下：
- 助溶剂诱导的凝胶 - 溶胶 - 凝胶转变：两性离子表面活性剂 EAPB 和 EHSB 由于超长疏水链，在本体中倾向于形成 WLMs，浓 EAPB 溶液呈凝胶状且具有高粘度和双折射性。引入芳香族助溶剂（如 NaSal）后，混合物的性质会因 NaSal 与 EAPB 的摩尔比 R 而发生显著变化。当 R 低于 0.75 时，混合物呈凝胶状，零剪切粘度（η0）在106?107mPa?s左右。SAXS 分析显示，此时形成了六方液晶相（H1）。随着 R 增加到 1，粘度明显下降；在 R 为 1.25 - 1.75 时，混合物变成流体，SAXS 分析表明形成了高体积分数的球形胶束（HCSMs）。当 R 增加到 2 以上时，又会形成各向同性的高粘度凝胶，SAXS 曲线显示形成了六方密堆积胶束相（HCP）。这种 R 诱导的从 WLMs 到H1、HCSMs 再到 HCP 的形态演变导致了凝胶 - 溶胶 - 凝胶转变。
- 稀释诱导的凝胶 - 溶胶 - 凝胶 - 溶胶转变：对 R = 2 的 NaSal/EAPB HCPs 进行连续稀释，会发生凝胶 - 溶胶 - 凝胶 - 溶胶的序列转变。稀释过程中，η0先急剧下降，在cEAPB约为 300 mmol/kg 时达到最小值 2.9 mPa?s，此时形成 HCSMs，cryo - TEM 和 SAXS 分析证实了这一点。继续稀释，η0开始增加，在cEAPB为 100 - 50 mmol/kg 时，混合物再次变成凝胶状，达到最大η0约2×105mPa?s，这是由于形成了长而缠结的 WLMs。当cEAPB低于 5 mmol/kg 时，混合物变成牛顿流体，粘度很低，cryo - TEM 图像显示此时重新形成了 SMs。
- 中间 HCSMs 的一般特征：R 诱导的凝胶 - 溶胶 - 凝胶和稀释诱导的凝胶 - 溶胶 - 凝胶 - 溶胶转变都存在中间 HCSMs 状态。研究发现，不同cEAPB下，η0随 R 的变化趋势相似，在较低 R 时变化较小，在临界 R（Rc1）附近急剧下降，在另一个临界 R（Rc2）处达到最小值。Cryo - TEM 图像表明，在不同条件下，WLMs 会转变为 HCSMs 或 SMs。而且，NaSal/EAPB HCSMs 通常在较低 R 和较高cEAPB下形成，稀释时 HCSMs 向 WLMs 转变会导致原位增稠。
- R 和稀释诱导转变的机制：通过1H NMR 研究 NaSal 和 EAPB 之间的分子相互作用发现，在 NaSal/EAPB 混合物中，NaSal 分子同时存在于水和混合胶束中。较高的cEAPB会促进 NaSal 在胶束中的共组装，增强其与 EAPB 的结合程度，压缩 SMs 的双电层，使胶束壳厚度减小。R 的增大和cEAPB的增加都有利于 NaSal 从水转移到胶束中，促进 WLMs 向 SMs 的转变。这表明，助溶剂和表面活性剂在水和聚集体中的竞争性自分类和共组装可以通过 R 和稀释持续调节，这也是 R 诱导和稀释诱导转变的主要驱动力。
研究结论和讨论部分指出，添加 NaSal 可以诱导浓 EAPB 水溶液中从 WLMs 到 HCP 的逐步转变，且 NaSal/EAPB HCPs 表现出稀释驱动的凝胶 - 溶胶 - 凝胶 - 溶胶序列转变。这种转变在芳香族助溶剂 / 两性离子表面活性剂二元体系中似乎是普遍存在的，WLMs 是从 SMs 的连接网络和相继形成的 RMs 逐渐生长而来。该研究为在表面活性剂 WLMs 系统中创造稀释驱动的凝胶 - 溶胶 - 凝胶 - 溶胶转变提供了一种通用方法，这将有利于具有可变粘度的 WLMs 流体在金属清洗、个人护理产品、药物递送和提高石油采收率技术等领域的应用，为相关领域的发展开辟了新的道路。
