2.4润湿性能

为研究表面活性剂在疏水表面上的润湿行为，利用接触角测量仪测定了其在PTFE上的接触角。图4给出不同浓度下4种非离子Gemini表面活性剂与PTFE的接触角。随着表面活性剂浓度的增加，4种表面活性剂与PTFE的接触角逐渐降低。P1的接触角从96°降低到60°；P2的接触角从97°降低到48°；P3的接触角从97°降低到55°；P4的接触角从106°降低到64°.这是由于在较低浓度条件下，随着浓度的增加，更多的表面活性剂分子吸附在固/液界面上，分子以烷基链朝向表面，亲水基团朝向水溶液，界面张力降低，接触角变小。随着浓度继续升高，由于P1已不能完全溶解，因此以P2，P3和P4作为研究对象研究其接触角随浓度的变化。当浓度超过cmc之后，P2，P3和P4的接触角基本不再发生变化，这是由于界面上表面活性剂分子吸附达到饱和状态，溶液的表面张力不再变化。进一步通过杨氏方程阐释高浓度下接触角不再发生变化的原因：

式中：γsg，γlg和γsl分别为固/气、液/气和固/液的界面张力；当使用PTFE作为基底时，通常认为γsg是一个常数。随着浓度超过cmc，γlg和γsl基本不再改变，因此接触角θ也基本保持不变。纯去离子水与PTFE的接触角为112°，传统非离子表面活性剂与PTFE的接触角通常在80°——110°之间，因此4种非离子Gemini表面活性剂展现出优异的润湿性能，有望在工业清洗中有效促进表面活性剂与污染物的有效接触，增强清洁效果；同时有望增强显影液对光刻胶的浸润性，进而提高产品良率。

另一方面，在相同浓度下，随着聚氧乙烯链长度的增加，表面活性剂与PTFE的接触角逐渐变大。这是由于聚氧乙烯链增长提高了分子的亲水性，减弱了与疏水PTFE表面的相互作用，使接触角增大。

2.5泡沫性能

为研究4种表面活性剂的泡沫性能，利用振荡法对其发泡性和稳泡性进行测试。图5给出4种表面活性剂的初始发泡量随浓度的变化趋势。表面活性剂的初始发泡量随浓度的增加而增加，浓度超过cmc后发泡量趋于稳定。在相同浓度条件下，随着聚氧乙烯链的增长，表面活性剂的初始发泡量逐渐增加。这是因为聚氧乙烯链在一定程度上的增长使得表面活性剂的亲水性增强，表面活性剂分子从溶液内部到水/空气界面的吸附速率加快，从而提升了发泡能力。

泡沫稳定性是由表面活性剂形成的液膜强度决定的，而浓度、体系界面张力、表观黏度及液膜表面电荷等是影响液膜强度的重要因素。

图6示出4种表面活性剂泡沫稳定性随浓度的变化情况。泡沫稳定性随着浓度的增加先升高至最大值后又降低。这是因为表面活性剂的吸附导致了Gibbs-Marangoni效应。当液膜受到冲击局部变薄时，产生表面张力梯度，导致邻近区域吸附的表面活性剂携带水化层向薄膜处迁移，以恢复原来的表面张力并修复液膜。在较低浓度时，表面活性剂浓度的增加使得Gibbs-Marangoni效应随之加强，进而有效阻止液膜变薄，增加泡沫的稳定性。当浓度大于cmc后，溶液中的表面活性剂分子能够快速吸附在界面处，使得Gibbs-Marangoni效应减弱，泡沫稳定性降低。在4种表面活性剂中，P2的泡沫稳定性最强，这可能是由于分子在空气/水界面上排列最紧密，形成的液膜强度更大，因此泡沫不易发生破裂。

2.6乳化性能

为研究表面活性剂的乳化性能，测定了不同浓度下表面活性剂乳化油相液体石蜡的能力（图S8，见本文支持信息）。

图7示出4种表面活性剂对液体石蜡的乳化能力随浓度的变化关系。P1由于较短的聚氧乙烯链段导致较差的亲水性和乳化能力。随着浓度的增加，P2，P3和P4的乳化性能逐渐提升，这是由于吸附在油/水界面上的表面活性剂分子数量随着浓度的增加而增多，使分子形成的聚集体在界面处排列得更紧密，生成更致密、更刚性的油/水界面膜，从而使乳状液也更加稳定。具有长聚氧乙烯链的表面活性剂乳化性能更好，这是因为聚氧乙烯链的空间排斥作用可以防止乳液液滴聚并，有利于稳定液滴。

图8示出4种表面活性剂不同浓度下的乳液显微图像。与P2，P3和P4相比，P1的乳液液滴分散度更低，乳液液滴更不均匀，说明P1对液体石蜡的乳化能力较差。随着浓度的增加，P2，P3和P4的乳液液滴粒径逐渐变小，液滴分散更均匀，排布更密集，表明表面活性剂的乳化性能随着浓度的增大而增强。在浓度为0.1和1.0 g/L时，与其它表面活性剂相比，P4的乳液液滴尺寸最小，液滴分布最密集，表明其乳化性能最好；在浓度为2.0和3.0 g/L时，P2，P3和P4的乳液液滴尺寸大小和分布情况相似，这与图7展示的乳化性能一致。

2.7去污性能

为探究表面活性剂在清洗领域的应用，测试了4种表面活性剂对油污的去除能力。在超声清洗之前，油污的质量为41 mg.超声清洗后，去离子水除去10 mg油污，去污效率为24.4%；P1由于溶解性差，在水溶液中大部分都不能溶解，导致去污效率很差，仅为4.9%；P2，P3和P4分别除去34，27和33 mg油污，去污效率分别达到82.9%，65.8%和80.5%，远远高于去离子水的去污效率（图9）。因此，P2，P3和P4表面活性剂有着良好的去污性能，进一步说明其在清洗领域有巨大的应用潜力。

3结论

以2，5，8，11-四甲基~6-十二炔~5，8-二醇和环氧乙烷为原料设计合成了4种具有不同聚氧乙烯链长度的非离子Gemini表面活性剂。随着聚氧乙烯链长度的增加，4种表面活性剂的cmc和Amin逐渐增加，Γmax逐渐减小，γcmc先减小后增加。其中，P2的γcmc为27.19 mN/m，pc20为4.46，降低表面张力的效率和能力最强，具有优异的表面活性。4种表面活性剂的接触角均随着浓度的增大而变小，当浓度超过cmc之后接触角不再发生变化。P2溶液的接触角最低可降为48°，展现出优异的润湿性能。表面活性剂的发泡量与乳化相体积随着浓度的增大而增加，展现了优良的泡沫性和乳化性。可见，4种不同聚氧乙烯链长度的非离子Gemini表面活性剂在降低表面张力的同时具有出色的润湿性能，综合性能优异，有望在工业清洗中有效促进表面活性剂与污染物的有效接触，增强清洁效果。同时，P1，P2，P3和P4作为非离子表面活性剂，在水溶液中不发生电离，具有较高的稳定性，有望适配湿电子化学品如半导体显影液、剥离液等多种应用场景，推动该领域的技术进步和产品质量提升。