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溶液含量和质量对聚电解质吸附的影响

聚电解质吸附的有效性在很大程度上受溶液的含量和溶解聚电解质的溶剂的质量的影响。溶剂影响表面聚合物界面吸附特性的主要机制是溶剂的介电效应、溶剂的化学性质或种类促进的空间吸引或排斥,以及溶剂的温度。排斥力是基于熵的,是由聚合物链的构型熵降低引起的。很难精确模拟任何特定聚电解质溶液将表现出的相互作用,因为空间作用力取决于聚合物和溶剂的化学组成以及溶液中存在的任何离子物种的组合。

溶剂选择

聚电解质和它所在的溶剂之间的相互作用对聚合物在溶液中和沉积到基底上时的构象都有很大的影响。由于其独特的性质,聚电解质对于传统聚合物(如聚乙烯、苯乙烯等)无法溶解的溶剂有许多选择。水就是一个很好的例子。虽然水是一种高极性溶剂,但它仍能溶解许多聚电解质。溶液中聚电解质的构象取决于溶剂和聚合物之间(通常是不利的)相互作用的平衡,以及聚合物各个重复单元之间的静电排斥。有人提出,聚电解质链将形成一个细长的圆柱形小球,以优化其能量。一些模型更进一步,假设更有效的配置是一系列圆柱形球体,以“链”配置连接直径大得多的球形球体。

良好的溶剂

在良好的溶剂中,聚合物的重复单元和溶剂之间的静电力是有利的。虽然不完全是直观的,但这会导致聚合物呈现更紧密的构象。这是由于溶剂分子在聚电解质的带电重复单元之间进行筛选,减少了聚合物链所经历的静电斥力。由于聚合物主链自身排斥力不如在贫溶剂中强,因此聚合物链的作用与不带电聚合物更相似,假设构象紧凑。

不良溶剂

在不良溶剂中,溶剂分子与聚电解质的带电部分相互作用不良或不利。溶剂无法有效屏蔽重复单元之间的电荷,导致聚合物由于重复单元的静电排斥而呈现出更松散的构象。这些相互作用使聚合物更均匀地沉积在基底上。

盐浓度

当离子化合物溶解在溶剂中时,离子起到屏蔽聚电解质链上电荷的作用。溶液的离子浓度将决定聚电解质的成层特性以及聚合物在溶液中的构象。

高盐

高盐浓度会产生类似于聚合物在有利溶剂中所经历的相互作用的条件。聚电解质虽然带电,但仍然主要是非极性的碳骨架。当聚合物主链上的电荷产生静电力,驱动聚合物进入更开放、更松散的构象时,如果周围溶液中的盐浓度较高,则电荷排斥作用将被屏蔽。一旦这种电荷被屏蔽,聚电解质将像任何其他非极性聚合物一样在高离子强度溶液中发挥作用。这将导致在表面上沉积更密集的聚合物。

低盐

在低离子强度溶液中,聚合物重复单元上的电荷是控制构象的主导力。由于几乎不存在电荷来屏蔽重复单元之间的排斥作用,聚合物呈现出非常分散、松散的构象。这种结构允许在基底上形成更均匀的分层,这有助于防止表面缺陷和不均匀的表面特性。