液液界面是一受到廣泛關(guān)注的研究領(lǐng)域。這是由于（1）自然界中的許多物理化學(xué)過程發(fā)生于液液界面（如細胞膜）處；（2）液液界面為納米粒子自組裝、電化學(xué)反應(yīng)等提供了一簡易有效的平臺。對于納米粒子在液液界面的自組裝，其粒子大小、形狀、與配體相互作用強弱、粒子間的相互作用強弱是決定自組裝微觀結(jié)構(gòu)和組裝動力學(xué)的關(guān)鍵因素。理解這些因素對微觀結(jié)構(gòu)和組裝動力學(xué)的影響對進一步調(diào)控和優(yōu)化自組裝過程具有至關(guān)重要的作用。
目前對液液界面的原位表征方法以激光掃描共聚焦顯微鏡和各種基于X射線、中子散射的方法為主。激光共聚焦顯微鏡的分辨率較低，一般為幾百納米；各種基于X射線和中子散射的倒易空間方法一般僅能得到微觀結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計平均結(jié)果，而不能得到局部的結(jié)構(gòu)信息。此外，如何表征液液界面處的力學(xué)行為一直是該領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。
原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy, AFM)由于其高空間分辨率、靈活多樣的操作模式與操作環(huán)境、多參數(shù)多功能掃描等優(yōu)勢，使其在聚合物結(jié)構(gòu)與性能的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。王東教授課題組最近以纖維素納米晶(CNC)為模型粒子并將其分散于水中，同時與溶解在甲苯中的胺基封端聚苯乙烯(PS-NH2)相互作用，通過調(diào)節(jié)水相的pH值以調(diào)控CNC與PS-NH2靜電相互作用的強弱，以AFM原位研究CNC在油水界面的自組裝微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)響應(yīng)（如圖1所示）。
圖1. 原子力顯微鏡原位研究納米粒子在油水界面的自組裝微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)響應(yīng)示意圖
研究表明CNC與PS-NH2相互作用的強弱是決定CNC在油水界面形成緊密堆積或松散堆積的關(guān)鍵因素、并決定了在有收縮外力作用時自組裝是形成褶皺還是形成垂直于油水界面排列取向的結(jié)構(gòu)。該工作解決了納米粒子在液液界面處自組裝的局部結(jié)構(gòu)難以表征的難題，揭示了納米粒子與聚合物配體相互作用的強弱對自組裝微觀結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能的影響，同時提供了一種可表征納米粒子間相互作用大小的定量表征方法。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在 ACS Macro Lett. 2019, 8, 512?518 上。
該工作的第一完成人為北京化工大學(xué)博士生武雪菲，通訊作者為王東教授。
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