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Gemini表面活性剂是一类新型的表面活性剂。与传统单链表面活性剂相比，Gemini表面活性剂具有更高的表面活性、更低的临界胶束浓度、更强的聚集能力和更丰富的聚集体结构，并赋予宏观溶液许多特殊的性质并且利于精细调控聚集体的转变。在实际应用中，为了提高表面活性剂体系的性能，表面活性剂多数是以混合物的形式使用。表面活性剂复配后产生协同效应，往往表现出单一表面活性剂难以达到的功能。所以，将具有独特性能的Gemini表面活性剂与不同表面活性剂混合，研究混合过程的分子间相互作用机理及其导致的混合体系自组装结构和溶液性质的变化，具有非常重要的理论意义和广泛的应用前景。基于上述原因，本论文系统研究了Gemini表面活性剂与其它不同结构表面活性剂混合体系在水溶液中聚集体形成和转变的规律，研究了静电作用、疏水作用、氢键等在聚集体转变过程中的作用机理，得到了一些列具有特殊宏观性质的表面活性剂复合体系，取得了以下主要研究进展:
1.研究了阳离子Gemini表面活性剂与双链单头基阳离子表面活性剂混合体系C12C6C12Br2/DDAB在水溶液中的聚集行为，通过改变混合比例和总浓度实现了胶束-囊泡的转变以及对囊泡大小的精细调控。在以DDAB为主的溶液中，增加浓度会依次形成球形聚集体，囊泡和球形胶束。在以C12C6C12Br2为主的溶液中，增加浓度会形成囊泡，并发生囊泡生长，然后囊泡向胶束转变，最后形成胶束和囊泡的混合体。聚集体的改变引起了溶液表面张力、电导率、聚集体电势等宏观性质的改变。
2.研究了阴离子Gemini表面活性剂C12C3C12(SO3)2和单链阳离子表面活性剂CTAB混合体系的聚集行为，通过改变比例实现了C12C3C12(SO3)2/CTAB混合体系中球形胶束，蠕虫状胶束，囊泡的可逆转变。在此基础进一步研究了pH对C12C3C12(SO3)2及C12C3C12(SO3)2/CTAB混合体系聚集行为的影响。通过改变pH在C12C3C12(SO3)2形成了相互缠结的蠕虫状胶束，大大提高了溶液的流变性能。这是Gemini表面活性剂短的联接基团，磺酸盐型两性头基结构以及氢键共同作用的结果。在C12C3C12(SO3)2/CTAB混合体系中，我们通过改变浓度实现了球形胶束-蠕虫状胶束-相互缠结的蠕虫状胶束-枝状的蠕虫状胶束的转变。
3.研究了能够形成氢键的阳离子Gemini表面活性剂C12C4(OH)2C12Br2和氨基酸阴离子表面活性剂C12Glu混合体系的聚集行为，通过改变比例和总浓度实现了球形胶束、蠕虫状胶束和囊泡的转变，并在低浓度下构筑了相互缠结的蠕虫状胶束，从而提高溶液的粘度。进一步研究了温度对C12C4(OH)2C12Br2/C12Glu混合体系聚集行为的影响。在低浓度下球形胶束溶液中，升高温度会引起球形胶束向囊泡的转变。胶束向囊泡转变是由于升温导致强的去水合作用从而引起阴阳离子表面活性剂头基之间静电作用增强。在囊泡溶液中，升高温度会发生囊泡的融合，并最终产生相分离。而在高浓度下的蠕虫状胶束溶液升高温度会出现浊点，并伴随着强的去水合作用。
4.研究了羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂SDUC和阳离子Gemini表面活性剂C12C6C12Br2混合体系的聚集行为，通过改变混合比例和pH实现了聚集体转变，并在低浓度下形成了稳定的多层囊泡。在强碱性条件下，SDUC/C12C6C12Br2形成了球形混合胶束。而中性条件下，在混合比例接近于电荷比1∶1时，形成了稳定的多层囊泡。多层囊泡的形成是Gemini表面活性剂结构、电荷比以及氢键共同作用的结果。