ON‐OFF Control of Marangoni Self‐propulsion via A Supra‐amphiphile Fuel and Switch

马朗戈尼效应 两亲性 吸附 表面张力 推进 化学 偶氮苯 水解 材料科学 化学工程 有机化学 物理 分子 热力学 工程类 共聚物 聚合物
作者
Guiqiang Zhu,Shu Zhang,Guoxin Lu,Benwei Peng,Cuiling Lin,Liqun Zhang,Feng Shi,Qian Zhang,Mengjiao Cheng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202405287
摘要

Marangoni self‐propulsion refers to motions of liquid or solids driven by a surface tension gradient, and has applications in soft robots/devices, cargo delivery, self‐assembly etc. However, two problems remain to be addressed for motion control (e.g., ON‐OFF) with conventional surfactants as Marangoni fuel: (1) limited motion lifetime due to saturated interfacial adsorption of surfactants; (2) in‐ situ motion stop is difficult once Marangoni flows are triggered. Instead of covalent surfactants, supra‐amphiphiles with hydrophilic and hydrophobic parts linked noncovalently, hold promise to solve these problems owing to its dynamic and reversible surface activity responsively. Here, we propose a new concept of ‘supra‐amphiphile fuel and switch’ based on the facile synthesis of disodium‐4‐azobenzene‐amino‐1,3‐benzenedisulfonate (DABS) linked by a Schiff base, which has amphiphilicity for self‐propulsion, hydrolyzes timely to avoid saturated adsorption and provides pH‐responsive control over ON‐OFF motion. The self‐propulsion lifetime is extended by 50‐fold with DABS and motion control is achieved. The mechanism is revealed with coupled interface chemistry involving two competitive processes of interfacial adsorption and hydrolysis of DABS based on both experiments and simulation. The concept of ‘supra‐amphiphile fuel and switch’ provides an active solution to prolong and control Marangoni self‐propulsive devices for the advance of intelligent material systems.
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