综述：非水液体弹珠：基础原理、材料设计与新兴应用

《Current Opinion in Colloid & Interface Science》：Non-Aqueous Liquid Marbles: Fundamentals, Material Design, and Emerging Applications

非水基液体弹珠（NALMs）通过固体颗粒界面吸附稳定，扩展了传统水基系统的应用场景，具备化学多样性、高稳定性和多功能性，已应用于传感器、微反应器等领域，未来需加强表面工程与多学科融合研究。

　　

西里卢克·普埃·通萨马克潘（Siriluck Puey Thongsamakphan）| 藤井修二（Syuji Fujii）

泰国罗勇府旺昌（Wangchan）帕尤普奈路1号555号（555 Moo 1 Payupnai），维迪亚西里梅迪科学技术研究所（Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology）能源科学与工程学院

摘要

历史上，关于液态弹珠的研究几乎完全集中在水基系统上，这为理解它们的形成、稳定性和应用奠定了坚实的基础。随着人们对在非水基环境中运行的软材料的兴趣日益增加，研究焦点最近转向了非水基液态弹珠（NALMs）。虽然非水基液态弹珠与水基液态弹珠具有相同的稳定原理，但它们由于具有广泛的溶剂化能力、导电性以及更强的耐热性和抗蒸发性，因此提供了更多的应用可能性。本文综述了非水基液态弹珠的制备方法、所使用的各种液体和固体颗粒，以及控制其行为的界面化学原理。随后还总结了其在传感、微反应器和可控材料输送等领域的应用前景。最后，本文指出了未来研究的方向，以支持非水基液态弹珠作为先进软材料平台的持续发展。

引言

液态弹珠（LMs）是由吸附在气液界面的固体颗粒稳定的毫米级液滴，这种结构克服了传统静止液滴的局限性[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]]。这种配置保持了液滴的流动性，并保护了内部液相免受外部污染。液态弹珠因其界面特性而在传感器[8]、微型反应器[9]、材料载体[10]、微流体[11]、执行器[12]和加速度计[13]等领域受到了越来越多的关注。

大多数报道的系统使用水[1]或水溶液/分散液[14], [15], [16]作为内部液相的水基液态弹珠。然而，由于内部水液的化学兼容性和蒸发问题，它们的应用范围受到限制。因此，最近的研究将概念扩展到了非水基液态弹珠（NALMs），这些弹珠使用有机液体[17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [??36], [37], [38], [?39], [?40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48]、聚合物/单体[16], [31], [33], [47], [49], [50], [51], [??52], [?53]、相变材料（PCMs）[54], [55]、离子液体[26], [??56], [57], [58]和液态金属[12], [59], [60], [61], [62], [63], [64], [65], [66], [67]作为内部液相。非水基液体的广泛极性和溶解性有助于水敏感有机试剂的溶解和化学反应。得益于各种非水基液体的特性，液态弹珠在微型反应器、输送载体、粘合剂、热存储、传感器和软电子设备等领域的应用可能性得到了扩展。此外，使用低蒸气压的非水基液体可以延长液态弹珠的寿命，从而抑制蒸发并提高其耐热性和抗干燥性[23], [25], [27], [31], [42], [58]。

本文综述了非水基液态弹珠的最新进展，包括其在气液界面上的颗粒吸附机制、非水基液相的选择以及用作稳定剂的多种固体颗粒。接着，本文强调了这些设计策略所带来的应用范围扩展，如传感、微反应器和可控材料输送。最后，本文指出了未来研究的方向，以推动非水基液态弹珠作为先进软材料平台的进一步发展。

界面处的颗粒吸附

颗粒的亲水性和疏水性之间的平衡，以及其在气液界面上的吸附能量，是液态弹珠形成和稳定性的关键决定因素。当通过液相测量时接触角（θ）大于90°的疏水性颗粒，表现出很强的稳定液态弹珠的能力[1]。从气相过渡到气液界面的球形颗粒的吸附能量（

非水基液态弹珠的应用

非水基液态弹珠提供了一个简单而多用途的平台，用于开发功能性软材料。它们仅由固体颗粒、空气和液体组成，能够封装和操控具有不同表面张力和饱和蒸汽压的液体，并赋予独特的化学功能。这些特性将颗粒稳定的软分散系统的应用范围扩展到了水基系统之外，为先进应用提供了新的机会。

结论与未来研究方向

非水基液态弹珠作为一种多功能软物质平台，通过能够封装化学性质多样的液体（如有机液体、离子液体、聚合物和液态金属），扩展了传统水基液态弹珠的能力。颗粒表面工程、界面力学和特殊制备技术的进步显著提高了低表面张力或高反应性液滴的稳定性和功能化程度。

关于手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本文时，作者使用了ChatGPT来改进语言表达。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明自己没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

S. P. 感谢维迪亚西里梅迪科学技术研究所提供的博士研究奖学金。本研究得到了科学研究资助（B类）（JSPS KAKENHI资助，编号JP20H02803和JP24K01562）的支持。