《柔性界面系統中帶電膠體相互作用機制的研究》是依託寧波大學，由連增菊擔任負責人的國家自然科學基金資助青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：柔性界面系統中帶電膠體相互作用機制的研究
- 依託單位：寧波大學
- 項目負責人：連增菊
- 項目類別：青年科學基金項目
項目簡介,結題摘要,
項目簡介
柔性界面系統中的帶電膠體體系廣泛地存在於日常生活、生物領域、新材料領域等。該體系的相互作用問題是軟物質物理研究的熱點，但目前其作用機制的研究仍不深入。本項目將對液-液等無機柔性界面和生物膜、高分子刷等有機柔性界面上帶電膠體顆粒相互作用機製作深入研究。本項目以膠體顆粒表面電荷重整化為切入點，分析液-液等無機流動界面上帶電膠體的靜電作用，以期理清國際上令人關注的同性相吸或相斥機理；聯合運用邊界積分法和多極子配點法，藉助Green函式，充分考慮各類邊界條件，對可形變光滑柔性界面上帶電膠體顆粒的近場靜電作用作全面計算；發展實空間自洽場動力學模型以適應帶電體系，運用該模型分析高分子刷界面上帶電膠體體系各類相互作用的競爭機制，分析溶液離子濃度和種類、膠體尺寸和電荷分布、高分子空間位阻效應等對體系相互作用的影響，以期為膠體體系的穩定性、膠體晶體的製備、生物體內大分子相互作用的認識等提供新的思路和指導。
結題摘要
本項目現對液-氣界面及生物膜（有機高分子刷）等柔性界面上帶電膠體顆粒的有效相互作用做了詳細的計算。分析了體系有效相互作用隨電解質特徵參數如，帶電特性、聚合度等，和外在因素如溶劑性質等，及膠體分子的尺寸、帶電特性等因素的變化規律, 闡明靜電作用、反離子的熵效應和高分子鏈彈性等因素對膠體相互作用的影響機理。在對液-氣界面-膠體體系的研究過程中，我們發展了一套半解析的方法來求解此體系中帶電膠體顆粒的靜電作用，並進一步將此方法推廣到具有任意規則形狀的膠體和規則形狀邊界的有限體系。計算結果表明，體系靜電相互作用勢能對膠體表面的電荷分布十分敏感，它會隨著表面電荷分布的變化發生量的甚至質的變化。經過分析發現這種現象主要原因是膠體表面電荷分布的各向異性及體系界面電介常數的不對稱性導致膠體附近離子云分布的不對稱從而使得體系產生有效偶極矩。當兩個膠體球附近電子云有效偶極矩達到一定大小且它們之間的夾角小於某個臨界角度，體系將出現反常的“同性相吸”的現象。在對高分子刷體系膠體顆粒的相互作用問題的研究中，我們分別從體系靜電作用、兩體非靜電作用、高分子的熵、溶劑熵及離子熵等幾個方便入手，全面的分析了膠體分子相互作用的競爭機制。在中性體系中，在溶劑和高分子的熵與體系體積排斥作用相互競爭下，溶劑的性質對膠體的行為有著質的影響。這個現象啟發我們在實驗室中我們可以通過改變溶劑的親水性使得膠體溶液在分散相和凝聚相兩種狀態中進行可逆轉變，這將為我們的智慧型材料的設計提供很好的思路。當往體系中加入離子並使膠體和高分子刷帶相反電荷時，膠體分子之間的有效相互作用勢在不良溶劑中出現非常有意思的震盪行為，即膠體之間隨著距離的增大出現“排斥-吸附-排斥-吸附”周期反覆的行為。這個行為出現的主要原因是高分子-溶劑界面雙電層隨膠體分子距離增大周期性的變化的結果。此現象表明，帶電膠體顆粒在聚電解質刷表面可能會形成多結構的自組裝形式。這將為實驗室帶電體系的膠體自主裝提供很好的思路。
