離子相關(guān)性與固液界面雙電層實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、雙電層是固液界面中最普遍且最重要的現(xiàn)象，深刻認(rèn)識(shí)固液界面雙電層結(jié)構(gòu)和特性對(duì)微納通道中流體的流動(dòng)、生物芯片、微納潤滑、粘附等都有重要的學(xué)術(shù)和工程價(jià)值;然而，經(jīng)典Possion-Boltzmann(PB)理論無法解釋因離子相關(guān)性(ion-ion correlations)引起的電荷倒置現(xiàn)象。本論文利用表面力儀(Surface Forces Apparatus，SFA)研究了不同強(qiáng)度離子相關(guān)性下固液界面雙電層的結(jié)構(gòu)及雙電層作用力。
　　

2、理論分析了弱離子相關(guān)性條件下的雙電層結(jié)構(gòu)和雙電層作用力，計(jì)算了弱相關(guān)離子在帶電云母表面的密度和電勢分布特性，利用SFA測量了云母在不同濃度一價(jià)和二價(jià)電解質(zhì)溶液中表面力隨間距的變化曲線。測量結(jié)果表明在離子弱相關(guān)情況下且溶液濃度相對(duì)較低時(shí)，PB理論能夠較好預(yù)測離子在固液界面的密度、電勢分布和雙電層力特性;然而，當(dāng)溶液濃度增高且表面間距小于2nm時(shí)，PB理論失效。
　　針對(duì)高價(jià)離子間的強(qiáng)相關(guān)性，利用SFA探尋了強(qiáng)相關(guān)三價(jià)鑭離子在不同濃度

3、下的表面力特性，考察了離子相關(guān)性對(duì)表面力、表面電荷倒置和粘附等的影響。研究結(jié)果顯示帶電云母表面因吸附過量三價(jià)鑭離子而引起表面電荷倒置和強(qiáng)粘附。提出了鑭離子間的相關(guān)性是表面電荷倒置和強(qiáng)粘附的主要原因，利用離子相關(guān)模型進(jìn)行了理論預(yù)測和分析;同時(shí)，考察了溶液pH值對(duì)離子的強(qiáng)相關(guān)性的影響。
　　研究了強(qiáng)弱相關(guān)離子與聚合物電解質(zhì)殼聚糖薄膜層間的作用機(jī)理。利用SFA測量了殼聚糖納米薄膜層在不同強(qiáng)度離子相關(guān)性條件下的表面力和粘附力特性，考察了離