《軟粒子分散系介電模型的構建及界面信息的介電譜表征》是依託北京師範大學，由趙孔雙擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：軟粒子分散系介電模型的構建及界面信息的介電譜表征
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：趙孔雙
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
軟粒子在膠體、生物材料、催化等領域都具有很深的套用背景，然而，目前的研究大都集中在製備和表征上，而很少關注軟粒子體系中與界面現象相關的物理化學問題，現有的研究也是半定量的，其瓶頸在於其實驗基礎的局限性：建立在靜電學基礎上的測量和解析難以獲取更多的複雜體系內部的信息。本項目提出用介電弛豫譜方法探測新型軟粒子內部各種信息，基於交流電場下的基本原理，結合了靜電學的基本理論，在現有描述核殼結構粒子界面電動力學性質的Possion-Boltzman方程和Navier-stokes方程中加入軟層的特徵量，建立了介電譜可獲得的復電導率與模型中的界面電勢分布等參數表達式之間的關聯；通過將程式化的模型與詳盡解析的介電參數相結合，得到需要很多單獨的實驗才可以獲得的粒子結構、介質以及粒子和介質界面處的電動力學信息，為開發新型材料提供理論依據。將該方法拓展至軟粒子的線上監測，為介電譜表征方法提供一種新思路。
結題摘要
新膠體體系的多樣化使得本來就存在著的界面信息表征的不足更顯突出。儘管物理手段和模擬技術的進步會使其得到一些彌補，但依然停留在定性階段，而對於所謂軟粒子分散系大都束手無策。難以定量地獲取軟粒子分散系內部的和界面的信息。本項目利用寬頻介電弛豫譜重點研究了四類體系：聚電解質球刷分散系，高分子凝膠分散系，表面活性劑聚集體以及聚電解質溶液，通過建立模型探討了解決表征問題之可能性。 項目執行期間，發表學術期刊論文35篇，在國內外學術會議上發表論文25篇，超出了預期目標。重要結果如下： 1.球型聚電解質刷(SPBs)介電模型的建立：在描述核殼粒子界面電動力學的方程上加入軟層的特徵量，建立了軟粒子體系復電導率與界面電勢分布之間關係的理論式，成功地描述了聚電解質球刷體系界面電現象； 2.溫敏性微凝膠相轉移過程的監測和介電模型解析：研究了PNIAPM溫敏性水凝膠體系的相轉變的濃度依賴性，觀察到兩個溫度依賴的介電弛豫過程並提出了弛豫的機制；給出了凝膠團塌縮成微凝膠球過程的電性質、體積變化、微結構變化等物理化學特徵； 3.微凝膠體積相轉變前後水合分子數的定量化：結合 Cavell 公式定量地求得了PNIPAM 微凝膠懸浮液的體積相轉變溫度前後微凝膠結合水的個數，這對定量複雜生物過程水分子具有重要意義； 4.典型親/疏水支鏈的聚電解質鏈構象：借鑑柔性鏈雙電層理論，建立了獲取了聚電解質溶液的鏈構象以及鏈周邊的電參數的方法：通過理論解析PAA、PAA-g-dodecyl、PAA-g-PEO溶液的介電譜，預測了不同親/疏水性支鏈的聚電解質溶液在不同酸度和不良溶劑中的鏈構象，分析了反離子空間分布、靜電禁止以及空間位阻對構象的影響； 5.表面活性劑聚集結構的模型化解析方法：通過研究微乳液和膠束等自組織體系在不同溫度、濃度和組分極性下的介電性質，完善了球形和柱形分散系的解析方法，揭示了聚集過程的驅動力和受限空間中的液體的弛豫動力學； 6.尿素誘導蛋白變性的作用機理：以PIMPAM為蛋白模型物，通過分析介電參數的溫度依賴性發現了PIMPAM的LCST隨尿素濃度的變化規律，並提出尿素代替水直接和PNIPAM鍵合的作用機制，據此推測尿素誘導蛋白變性機理。
