《一維聚電解質非平均場效應微觀機制的研究》是依託中國科學技術大學，由黃寧東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：一維聚電解質非平均場效應微觀機制的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃寧東
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
水溶液中一維聚電解質的行為是理解若干領域現象及套用的基礎，最近研究發現其特殊行為如相似電荷吸引難以用傳統平均場理論來解釋。普遍認為凝聚在聚電解質表面的補償離子起了關鍵作用，但具體的微觀機制仍有分歧且缺乏直觀的實驗數據，因此實驗探索補償離子空間分布及其對聚電解質相互作用的影響成為理解非平均場行為的關鍵。常見的一維聚電解質具有構型不確定、電荷分布不規律等問題增加了實驗難度，而超分子自組裝體系能克服以上缺點。前期準備合成的低聚分子在水中自發組裝成為結構穩定的一維螺旋，具有分布規整、較高的表面電荷密度，有利於補償離子凝聚和相似電荷吸引的發生及檢測。利用同步輻射X射線反常散射能選擇性的探測補償離子空間位置的先進技術結合蒙特卡洛模擬，本課題將系統研究自組裝一維帶電螺旋周圍補償離子的凝聚行為及螺旋間的相互作用；探討一維聚電解質的非平均場效應，提供合理的微觀機制，幫助完善聚電解質理論並為相關套用提供依據。
結題摘要
超分子聚電解質是由小分子組裝形成的超分子聚合物，並且在水溶液中可以電離成聚離子和帶相反電荷的反離子。具有螺旋結構的自組裝聚電解質既保留了自組裝的超分子特性又具有表面電荷分布以及螺旋結構的特點，提供了研究水溶液中聚電解質相互作用以及聚集行為的模型體系。此外自組裝聚電解質多級結構與生物大分子比如DNA具有相類似的結構特性，因而具有在生物醫學方面的潛在套用而受到廣泛關注。已有眾多關於超分子聚電解質的研究工作主要關注小分子構築單元形成單個超分子螺旋結構的行為，即自組裝的初級結構。如何讓自組裝一維初級結構形成更高有序的周期結構的研究仍處於起步階段，缺乏底層的機制和影響因素等方面的研究，特別是如何利用管狀自組裝結構構建二維有序的溶致液晶柱狀相，甚至是具有三維有序的柱狀晶體相。基於以上背景和研究現狀，本課題以人工合成的芳香低聚醯胺分子在水溶液中形成的自組裝螺旋帶電納米管作為研究對象，利用透射電鏡、冷凍電鏡和X射線小角散射等實驗手段系統地研究了芳香低聚醯胺分子在稀溶液中的介觀相行為和在水溶液中的多級自組裝路徑和動力學；更高級有序液晶結構的形成機制，結晶過程；反離子的種類、大小等性質對液晶相結構的影響以及液晶柱狀相中的二維和三維有序。結果表明在超分子聚電解質體系中存在非常明顯的離子特異性，離子對超分子多級結構的調控和離子特異性可以有助於理解生命科學中相關的靜電相互作用。超分子多級結構中觀察到的緩慢的結構形成過程和穩定的終態為溶液中製備結晶材料提供了新的思路，不僅有助於深入理解聚電解的液晶相行為而且對溶液中軟物質的組裝過程有廣泛的指導意義。
