《高分子膠體粒子在二維油水界面上的擠阻轉變》是依託中國科學技術大學，由金帆擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高分子膠體粒子在二維油水界面上的擠阻轉變
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：金帆
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
軟物質的擠阻轉變是一個結合了高分子軟物質和凝聚態物理的最新研究方向。目前，理論計算和模擬與巨觀實驗（如流變）結果之間無法銜接。因此，需要一個可直接觀測系統微觀狀態的實驗研究，利用統計微觀結構的方法去揭示轉變的機制。另外，目前的實驗均使用較大的粒子，因此熱能量貢獻甚微（即：近似無熱運動或絕對零度）。針對這兩點，本研究擬採用束縛在二維油水界面上可調控相互作用的高分子軟膠體小粒子，結合具高時空解析度的顯微拍照和圖像追蹤實驗手段，直接獲取體系在有限溫度下、擠阻轉變前後的動態和靜態微觀結構，從而揭示擠阻轉變前後系統巨觀性質變化的微觀機制。並探索熱擾動對微觀堆積和巨觀性質的影響，填補該方向上實驗研究的相對空白。此外，這種基於直接測量系統微觀結構的方法和其所給出的統計結果可直接驗證理論計算和模擬中有關軟粒子在二維空間中隨機和非隨機堆積的重要結論，從而可進一步在機制上闡明隨機和非隨機擠阻轉變之間的異同
結題摘要
摘要：分散在油水界面上的膠體粒子既可套用於乳液的穩定和分散，還可作為二維模型體系來研究凝聚態物理中的問題，例如二維擠阻轉變。深入理解粒子在界面上的行為以及闡明界面粒子間的相互作用是實施相關套用或開展相關基礎研究的前提。但至目前為止，對膠體粒子在界面上的行為的理解還存在許多不足，許多科學問題亟需闡明。在本研究計畫中，我們結合了多種基於顯微成像的先進技術，包括亮場成像和粒子追蹤技術、高速轉盤共聚焦成像、雷射掃描共聚焦成像、顯微微注射以及顯微微電泳等技術，對分散在油水界面上膠體粒子的行為進行了系統的研究。我們的研究發現當膠體粒子在界面分散時，粒子在接觸界面的瞬間因界面張力會導致粒子沿界面高速噴射；在此自發過程中，粒子與界面的摩擦將產生電性為負的剩餘電荷並累積在浸沒於油相中的粒子表面上。且這些剩餘電荷不能長時間穩定存在，它們會隨著時間的流逝在幾小時內逐漸消失。失去剩餘電荷保護的膠體粒子間的排斥作用將大幅減弱，在水相有一定濃度電解質存在的情況下，界面粒子將產生不可逆的聚集。基於摩擦起電這一物理現象，我們還建立了模型並對剩餘電荷產生和消除的過程進行了量化。值得指出的是：我們的系統研究顯示出膠體粒子因摩擦界面產生電荷，以及摩擦電荷的消除是相當普遍的現象，所以該機制的闡明對許多研究具有廣泛的意義。同時利用我們的方法人們可在流體界面上實現對絕緣的生物大分子（如DNA,蛋白質或病毒顆粒等）的“充/放電”。
