近期，寧波大學(xué)的連增菊團(tuán)隊和北京航空航天大學(xué)的齊栓虎團(tuán)隊運(yùn)用解析理論和自洽場計算合作研究了末端接枝納米粒子的活性吸附單鏈在非活性高分子刷內(nèi)的響應(yīng)相行為及轉(zhuǎn)換特性；钚詥捂湹臉(gòu)象轉(zhuǎn)變由底板的短程吸附力觸發(fā)。
該工作定量分析了活性鏈構(gòu)象轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變點、轉(zhuǎn)變寬度、轉(zhuǎn)變勢壘等相變特性，從而分析以此體系響應(yīng)特性。該工作重點關(guān)注末端納米粒子的尺寸對體系相行為及相變特性的影響。該研究發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)納米粒子尺寸足夠大時，單鏈的相行為及轉(zhuǎn)變特性才表現(xiàn)出與未接枝納米粒子體系明顯不同的特性。為了表征納米粒子尺寸的影響，他們定義了兩個臨界尺寸 R* 和 Rc（見圖1）。當(dāng) R＜R* 時，活性單鏈存在裸露態(tài)和吸附態(tài)兩個態(tài)，兩態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)橐患壪嘧儯ㄒ妶D1右上方），這種情況與未接枝納米體系相似。當(dāng) R＞R*時，納米粒子將會“卡”在刷子表面形成半裸露態(tài)（見圖1中下方），這個態(tài)在小粒子體系及未接枝納米粒子體系是沒有的。在大粒子情況下，裸露態(tài)到半裸露態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)槎壪嘧，半裸露態(tài)到吸附態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)橐患壪嘧儯ㄒ妶D1右上側(cè)）。另外，當(dāng)R＞Rc時，單鏈相變特性與環(huán)境參數(shù)的依賴關(guān)系，如刷子接枝密度、溶劑性質(zhì)、鏈長等，相對小粒子或未接枝納米粒子的體系發(fā)生明顯的變化。為了分析轉(zhuǎn)變特性與環(huán)境參數(shù)及納米粒子尺寸的關(guān)系，該工作從理論上給出了體系相變點、相變寬度和相變勢壘與環(huán)境參數(shù)的標(biāo)度關(guān)系。這些標(biāo)度關(guān)系在大球和小球兩種情況下分別得到自洽場計算結(jié)果的驗證。該工作分析表明納米粒子的滲透排斥作用是導(dǎo)致該體系特殊相行為和轉(zhuǎn)變特性的重要原因。該工作進(jìn)一步表明在活性鏈末端接枝大球情況下（R＞Rc），選擇合適的環(huán)境參數(shù)仍可以保持與未接枝納米粒子體系相似的較小的相變勢壘。
圖1，末端接枝納米粒子的活性吸附鏈在非活性高分子刷內(nèi)的構(gòu)象變化簡圖。右上方為在大球和小球兩種情況下納米粒子中心離底板的熱力學(xué)平均高度與底板吸附強(qiáng)度的關(guān)系。
該工作以“Size Effect of the End-Attached Particle on the Adsorption-Responsive Polymer Switches”為題發(fā)表在《Macromolecules》上。文章第一作者是寧波大學(xué)連增菊副教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。
原文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.2c01341
