離子的靜電作用是一種普遍的物理現(xiàn)象，影響多組分體系的相態(tài)結(jié)構(gòu)，是能源、生物、材料等領(lǐng)域共同關(guān)注的基礎(chǔ)研究方向。在能源材料領(lǐng)域，聚環(huán)氧乙烷（PEO）具有較高的介電常數(shù)和優(yōu)異的鋰鹽溶解能力。將PEO與良好機(jī)械性能的聚合物共混，可以得到兼具電導(dǎo)和力學(xué)性能的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，其中離子的靜電作用對共混物的相容性影響顯著。從微觀相互作用分析，鋰鹽摻雜的聚合物共混物非常復(fù)雜，既包含鏈段與鏈段之間的范德華力，還有離子與鏈段、離子與離子之間的相互作用，甚至離子聚集等效應(yīng)。深入理解微觀靜電作用，將為開發(fā)新型固態(tài)聚合物電解質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。但直到目前，從實驗上明確解析離子的靜電作用仍然相當(dāng)困難！
圖1. (a)小角中子散射實驗數(shù)據(jù)（實心點）和擬合曲線（實線）。(b) ξ -2與1/T的線性關(guān)系。
圖2. (a)不同鋰鹽濃度時，有效相互作用參數(shù)χeff與溫度1/T的關(guān)系。(b) r =0.0005時，χ0、χ1、χsol 與溫度T的關(guān)系。(b) r =0.0005時，m1和msol與溫度T的關(guān)系。
研究人員結(jié)合無序相近似模型分析獲得有效相互作用參數(shù)χeff (effective interaction parameter)與溫度T的定量關(guān)系(圖2a)，并通過相分離理論推導(dǎo)出χeff = χ0 + χ1 + χsol，其中χ0是鏈段之間的范德華相互作用，χ1 = m1r是陽離子與高分子鏈段的相互作用，χsol = msolr是陰離子與高分子鏈段的溶劑化作用(圖2b,c)。由實驗結(jié)果可知，在極低鹽濃度下，范德華作用仍是主導(dǎo)，但隨溫度升高而減弱；離子的靜電作用微弱，但不容忽視，并且隨溫度和濃度而顯著增強(qiáng)。
圖3. PEO/DPS共混物的相圖。綠點和藍(lán)點為小角激光散射實驗(SALLS)測量得到的相邊界，其余為理論計算的兩相共存線。
該論文綜合使用小角散射技術(shù)研究了靜電作用對聚合物共混物相行為的影響，定量揭示了陰、陽離子的靜電效應(yīng)，為近期的理論工作提供了實驗支撐，并且為準(zhǔn)確測量靜電作用提供了一種可靠的實驗方法。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c00012
南開大學(xué)史偉超課題組正在以高分子物理為核心開展多學(xué)科交叉研究，擬招收2023級博士研究生1名。
申請人應(yīng)具備高分子物理、或生物物理、或高分子化學(xué)等學(xué)科的教育背景。有聚電解質(zhì)研究、多肽或蛋白質(zhì)組裝、散射技術(shù)、精確嵌段共聚物合成等方面科研背景優(yōu)先。已發(fā)表科研論文是加分項，但不是必須要求。
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