[发明专利]一种测量聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛行为的方法

说明书

本发明公开了一种测量聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛行为的方法。所述方法包括如下步骤：通过化学反应将引发剂键接到金芯片上；通过自由基聚合的方法将单体化学接枝到金芯片上，得到带有聚电解质刷的金芯片；将带有聚电解质刷的金芯片置于样品池中并用溶液浸泡；通过电化学工作站和石英晶体微天平电化学模块的联用，得在溶液中聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛频率。本发明采用联用电化学工作站和石英晶体微天平电化学模块的方法，通过在金芯片上接枝聚电解质刷，一方面可利用石英晶体微天平实时测量在不同氯化钠溶液中聚电解质刷薄膜的质量和粘弹性的变化，另一方面也可利用电化学工作站同步测量在不同溶液中聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛行为。

技术领域

本发明涉及一种测量聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛行为的方法，属于凝聚态物理领域。

背景技术

聚电解质刷是指将带电聚合物的一端接枝到平面或球面上形成的致密薄膜。聚电解质刷被认为将在人们的日常生活中有着广泛的应用，例如，人工骨关节润滑、防污、防冰粘附等。虽然聚电解质刷有着广泛应用，但是对于聚电解质刷内部离子的分布、链段结构、离子与链段之间的相互作用等信息人们尚未获得完全清晰的图像。

早在1991年，Pincus(Macromolecules 1991,24,2912.)通过平均场理论预测聚电解质刷对外加盐离子的响应行为。根据平均场理论，聚电解质刷在足够高的接枝密度下，其溶胀性质由薄膜内部的抗衡离子渗透压决定(渗透压刷osmotic brush)，因而当外界盐浓度不高时，体系对低盐浓度没有响应性行为；只有当外加盐离子的浓度超过聚电解质刷内部抗衡离子的浓度时，聚电解质刷才会发生收缩(盐刷salted brush)。这些预测部分被之后一些实验(Macromolecules 2002,35,9480.)和理论计算证实(J.Chem.Phys,1996,104,1579)。但是这些实验与计算关注点主要放在了高盐浓度区间，聚电解质刷厚度与盐浓度之间的关系，对低盐浓度下，聚电解质刷构象如何变化的关注不足。事实上已经有一些实验证实了在低盐浓度情况下，聚电解质刷会对盐浓度的变化有响应性行为，例如2012年Dunlop(Langmuir,2012,28,3187)通过中子反射的方法发现，聚合物的厚度在开始变小之前会出现一个增长过程，这与之前理论预测的低盐浓度下，带电聚合物刷的厚度不变相违背。但是由于关注点不同，这些实验现象被忽略了。而之后褚虓博士(Soft Matter 2014,10,5568)同样发现了在低盐浓度下，聚电解质刷的厚度会出现增长这一相同的现象，在论文里，他对于厚度的变化给予了详细的解释，认为是内部离子对之间的相互作用束缚了高分子链段的松弛，当有外加盐进入的时候，离子对之间的相互作用会被打破，导致了聚电解质刷厚度的增加。他的这一结果也被Zimmermann教授用另外的方法得到了证实(The journal ofPhysical Chemistry,2017,121,2915)。但是对于在厚度增加的过程中，内部抗衡离子形成的离子对的松弛行为尚不清楚，然而对于聚电解质刷体系来说，抗衡离子的作用是至关重要的，因为聚电解质如此复杂的原因就是主链上的电荷，带电的主链也是区分带电聚合物刷与中性聚合物刷的关键因素。因此，测量聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛行为至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够测量平面聚电解质刷内部抗衡离子对松弛行为的方法，该方法具有测量频率范围广，测量结果准确的特点，测试的松弛频率从0.1Hz到10⁶Hz。

本发明所提供的测量聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛行为的方法，包括如下步骤：

(1)通过化学反应，将引发剂键接到金芯片上；

(2)通过自由基聚合的方法，将单体化学接枝到所述金芯片上，得到带有聚电解质刷的金芯片；

(3)将所述带有聚电解质刷的金芯片置于样品池中并用溶液浸泡；通过电化学工作站和石英晶体微天平电化学模块(QEM 401)的联用，即得在所述溶液中聚电解质刷内部抗衡离子对的松弛频率。