[發(fā)明專利]一種測(cè)量聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛行為的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710996554.5
• 申請(qǐng)日: 2017-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109682709A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙彬濤;楊京法;趙江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所;中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N5/00
• 分類號(hào): G01N5/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;王春霞

本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛行為的方法。所述方法包括如下步驟：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將引發(fā)劑鍵接到金芯片上；通過(guò)自由基聚合的方法將單體化學(xué)接枝到金芯片上，得到帶有聚電解質(zhì)刷的金芯片；將帶有聚電解質(zhì)刷的金芯片置于樣品池中并用溶液浸泡；通過(guò)電化學(xué)工作站和石英晶體微天平電化學(xué)模塊的聯(lián)用，得在溶液中聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛頻率。本發(fā)明采用聯(lián)用電化學(xué)工作站和石英晶體微天平電化學(xué)模塊的方法，通過(guò)在金芯片上接枝聚電解質(zhì)刷，一方面可利用石英晶體微天平實(shí)時(shí)測(cè)量在不同氯化鈉溶液中聚電解質(zhì)刷薄膜的質(zhì)量和粘彈性的變化，另一方面也可利用電化學(xué)工作站同步測(cè)量在不同溶液中聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛行為。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛行為的方法，屬于凝聚態(tài)物理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聚電解質(zhì)刷是指將帶電聚合物的一端接枝到平面或球面上形成的致密薄膜。聚電解質(zhì)刷被認(rèn)為將在人們的日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，例如，人工骨關(guān)節(jié)潤(rùn)滑、防污、防冰粘附等。雖然聚電解質(zhì)刷有著廣泛應(yīng)用，但是對(duì)于聚電解質(zhì)刷內(nèi)部離子的分布、鏈段結(jié)構(gòu)、離子與鏈段之間的相互作用等信息人們尚未獲得完全清晰的圖像。

早在1991年，Pincus(Macromolecules 1991,24,2912.)通過(guò)平均場(chǎng)理論預(yù)測(cè)聚電解質(zhì)刷對(duì)外加鹽離子的響應(yīng)行為。根據(jù)平均場(chǎng)理論，聚電解質(zhì)刷在足夠高的接枝密度下，其溶脹性質(zhì)由薄膜內(nèi)部的抗衡離子滲透壓決定(滲透壓刷osmotic brush)，因而當(dāng)外界鹽濃度不高時(shí)，體系對(duì)低鹽濃度沒(méi)有響應(yīng)性行為；只有當(dāng)外加鹽離子的濃度超過(guò)聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子的濃度時(shí)，聚電解質(zhì)刷才會(huì)發(fā)生收縮(鹽刷salted brush)。這些預(yù)測(cè)部分被之后一些實(shí)驗(yàn)(Macromolecules 2002,35,9480.)和理論計(jì)算證實(shí)(J.Chem.Phys,1996,104,1579)。但是這些實(shí)驗(yàn)與計(jì)算關(guān)注點(diǎn)主要放在了高鹽濃度區(qū)間，聚電解質(zhì)刷厚度與鹽濃度之間的關(guān)系，對(duì)低鹽濃度下，聚電解質(zhì)刷構(gòu)象如何變化的關(guān)注不足。事實(shí)上已經(jīng)有一些實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在低鹽濃度情況下，聚電解質(zhì)刷會(huì)對(duì)鹽濃度的變化有響應(yīng)性行為，例如2012年Dunlop(Langmuir,2012,28,3187)通過(guò)中子反射的方法發(fā)現(xiàn)，聚合物的厚度在開(kāi)始變小之前會(huì)出現(xiàn)一個(gè)增長(zhǎng)過(guò)程，這與之前理論預(yù)測(cè)的低鹽濃度下，帶電聚合物刷的厚度不變相違背。但是由于關(guān)注點(diǎn)不同，這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象被忽略了。而之后褚虓博士(Soft Matter 2014,10,5568)同樣發(fā)現(xiàn)了在低鹽濃度下，聚電解質(zhì)刷的厚度會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)這一相同的現(xiàn)象，在論文里，他對(duì)于厚度的變化給予了詳細(xì)的解釋，認(rèn)為是內(nèi)部離子對(duì)之間的相互作用束縛了高分子鏈段的松弛，當(dāng)有外加鹽進(jìn)入的時(shí)候，離子對(duì)之間的相互作用會(huì)被打破，導(dǎo)致了聚電解質(zhì)刷厚度的增加。他的這一結(jié)果也被Zimmermann教授用另外的方法得到了證實(shí)(The journal ofPhysical Chemistry,2017,121,2915)。但是對(duì)于在厚度增加的過(guò)程中，內(nèi)部抗衡離子形成的離子對(duì)的松弛行為尚不清楚，然而對(duì)于聚電解質(zhì)刷體系來(lái)說(shuō)，抗衡離子的作用是至關(guān)重要的，因?yàn)榫垭娊赓|(zhì)如此復(fù)雜的原因就是主鏈上的電荷，帶電的主鏈也是區(qū)分帶電聚合物刷與中性聚合物刷的關(guān)鍵因素。因此，測(cè)量聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛行為至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠測(cè)量平面聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)松弛行為的方法，該方法具有測(cè)量頻率范圍廣，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，測(cè)試的松弛頻率從0.1Hz到10⁶Hz。

本發(fā)明所提供的測(cè)量聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛行為的方法，包括如下步驟：

(1)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將引發(fā)劑鍵接到金芯片上；

(2)通過(guò)自由基聚合的方法，將單體化學(xué)接枝到所述金芯片上，得到帶有聚電解質(zhì)刷的金芯片；

(3)將所述帶有聚電解質(zhì)刷的金芯片置于樣品池中并用溶液浸泡；通過(guò)電化學(xué)工作站和石英晶體微天平電化學(xué)模塊(QEM 401)的聯(lián)用，即得在所述溶液中聚電解質(zhì)刷內(nèi)部抗衡離子對(duì)的松弛頻率。