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北京化工大学王东教授课题组在原子力显微镜原位表征纳米粒子在液液界面的自组装行为领域取得进展
2019-06-27 来源:中国流变网    点击次数:225次    

  液液界面是一受到广泛关注的研究领域。这是由于(1)自然界中的许多物理化学过程发生于液液界面(如细胞膜)处;(2)液液界面为纳米粒子自组装、电化学反应等提供了一简易有效的平台。对于纳米粒子在液液界面的自组装,其粒子大小、形状、与配体相互作用强弱、粒子间的相互作用强弱是决定自组装微观结构和组装动力学的关键因素。理解这些因素对微观结构和组装动力学的影响对进一步调控和优化自组装过程具有至关重要的作用。

  目前对液液界面的原位表征方法以激光扫描共聚焦显微镜和各种基于X射线、中子散射的方法为主。激光共聚焦显微镜的分辨率较低,一般为几百纳米;各种基于X射线和中子散射的倒易空间方法一般仅能得到微观结构的统计平均结果,而不能得到局部的结构信息。此外,如何表征液液界面处的力学行为一直是该领域的一大挑战。

  原子力显微镜 (Atomic Force Microscopy, AFM)由于其高空间分辨率、灵活多样的操作模式与操作环境、多参数多功能扫描等优势,使其在聚合物结构与性能的研究中发挥着越来越重要的作用。王东教授课题组最近以纤维素纳米晶(CNC)为模型粒子并将其分散于水中,同时与溶解在甲苯中的胺基封端聚苯乙烯(PS-NH2)相互作用,通过调节水相的pH值以调控CNC与PS-NH2静电相互作用的强弱,以AFM原位研究CNC在油水界面的自组装微观结构与力学响应(如图1所示)。

图1. 原子力显微镜原位研究纳米粒子在油水界面的自组装微观结构与力学响应示意图

  研究表明CNC与PS-NH2相互作用的强弱是决定CNC在油水界面形成紧密堆积或松散堆积的关键因素、并决定了在有收缩外力作用时自组装是形成褶皱还是形成垂直于油水界面排列取向的结构。该工作解决了纳米粒子在液液界面处自组装的局部结构难以表征的难题,揭示了纳米粒子与聚合物配体相互作用的强弱对自组装微观结构及其力学性能的影响,同时提供了一种可表征纳米粒子间相互作用大小的定量表征方法。相关结果发表在 ACS Macro Lett. 2019, 8, 512?518 上。

  该工作的第一完成人为北京化工大学博士生武雪菲,通讯作者为王东教授

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.9b00134 

 
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