综述：Pickering乳液的物理化学特性及其在工程中的最新应用

这篇综述深入探讨了Pickering乳液（PEs）的稳定机制、制备方法及工程应用前景。文章系统分析了由胶体颗粒（如SiO2、TiO2、纤维素等）稳定的乳液在离子交换、组织工程（TE）、石油开采（如EOR）、3D打印等领域的创新应用，强调了其高稳定性（HIPEs）、可调控流变特性（G′>G″）及环境友好性，为绿色化学和工程材料开发提供了新思路。

　　

引言

Pickering乳液（PEs）是由固体颗粒（如纳米SiO₂、黏土或纤维素）替代传统表面活性剂稳定的乳液体系，其独特的界面吸附不可逆性和高能量壁垒使其在工程领域展现出巨大潜力。Ramsden和Pickering的早期研究揭示了固体颗粒在液-液界面的锚定机制，近年来通过调控颗粒润湿性（接触角>90°形成W/O型，<90°形成O/W型）和粒径（纳米至微米级），PEs的稳定性与功能得到显著提升。

制备方法与稳定性

PEs的制备技术包括高压均质、转子-定子均质（R-SH）、超声乳化等。其中，超声与R-SH联用可优化乳液粒径分布（如20/40 kHz超声使平均粒径降低47%）。稳定性机制主要依赖颗粒在界面的机械屏障作用（如SiO₂形成三维网络）或静电排斥（ζ电位>±30 mV时显著）。关键影响因素包括盐度（高盐引发絮凝）、pH（改变颗粒电荷）、油相极性（高粘度降低吸附速率）及颗粒浓度（临界胶束浓度后粒径趋稳）。

物理化学特性

相体积分数：分散相体积分数（ф）>0.7时形成高内相乳液（HIPEs），其粘度随ф增加呈指数增长，符合Princen模型。例如，聚己内酯（PCL）稳定的HIPEs在ф=0.92时仍保持稳定。
断裂分析：界面断裂失效（IFF）与颗粒形态密切相关。纤维素纳米晶（CNCs）的微纤维结构可增强界面膜力学强度，而黏土颗粒能耐受高温（220°C），适用于石油钻井液。
稳态现象：剪切稀化和宾汉流变行为（如碳黑/烃油体系）是工程应用的核心特性，LAOS（大振幅振荡剪切）技术可精准表征液滴聚结动力学。

工程应用

离子交换：PEs负载阳离子交换树脂（如Na⁺型）可实现水软化（Ca²⁺/Mg²⁺置换），但需缓冲体系维持pH稳定性。
组织工程：PCL基HIPEs经3D打印可制备多孔支架（孔隙率74%），其压缩应力与纳米羟基磷灰石（nHA）含量正相关，但过量nHA会导致脆性。
石油工业：纳米SiO₂稳定的W/O型PEs作为钻井液，在高温高压（220°C）下仍保持流变稳定性；磁性Fe₃O₄颗粒可实现乳化原油的磁分离。
3D打印：PLA-PCL乳液墨水具有剪切稀化特性（n<1），但光引发剂残留可能影响生物相容性。新兴4D打印技术通过刺激响应变形进一步拓展应用。

挑战与展望

当前PEs的工程化应用仍面临连续相热稳定性不足、生物相容性调控困难等问题。未来需开发新型生物基颗粒（如改性淀粉）并深化多学科交叉研究，以推动其在环境修复（如CO₂捕集）和能源材料等领域的突破。