據(jù)外媒報(bào)道，軟物質(zhì)存在于許多日常物質(zhì)中，如食物、化妝品和身體細(xì)胞。這些微小的軟性材料的結(jié)構(gòu)由各種相互作用決定，其中之一是靜電相互作用。埃因霍溫科技大學(xué)（ TU/e）的博士生Christian Sproncken利用靜電相互作用，將軟材料組裝成由帶電聚合物鏈組成的各種結(jié)構(gòu)。這些材料可用于光子微芯片的響應(yīng)性涂層，或用于能防止汽車(chē)擋風(fēng)玻璃或飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰的材料。

 

（圖片來(lái)源：埃因霍溫科技大學(xué)）

 

帶相反電荷的分子互相吸引。利用這種吸引力構(gòu)建的材料具有有趣的特性。這種吸引力的基礎(chǔ)在于靜電相互作用，這種相互作用不僅是可逆性的，而且可以通過(guò)改變?nèi)芤旱男再|(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如鹽濃度或pH。使用帶相反電荷的兩種聚合物，通過(guò)靜電相互作用控制聚合物的共組裝方式，可以制造各種材料。

 

 

Sproncken在由Ilja Voets領(lǐng)導(dǎo)的自組織軟物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室完成其研究。他表示：“世界上到處都是軟材料。想想化妝品或人體細(xì)胞中的長(zhǎng)鏈聚合物。當(dāng)然，這些結(jié)構(gòu)由更小的單元構(gòu)成，比如乳劑或短鏈聚合物。真正有趣的是，這些單元可以以不同的方式組合在一起，制成新材料。”

 

在研究過(guò)程中，Sproncken主要感興趣的是，如何將帶相反電荷的聚合物結(jié)合起來(lái)，以組裝適合不同應(yīng)用的新材料，例如可重復(fù)編程光子材料的涂層，以及具有抗凍能力的材料。

 

這項(xiàng)研究展示，靜電共組裝的聚合物基軟物質(zhì)系統(tǒng)，具有廣泛應(yīng)用的潛力。

 

 

首先，Sproncken將基材浸在一些含有聚電解質(zhì)的溶液中，以制備軟材料涂層。聚電解質(zhì)是具有電解質(zhì)或帶電基團(tuán)的聚合物。根據(jù)溶液的酸度(pH值)，所產(chǎn)生聚合物網(wǎng)狀物會(huì)發(fā)生膨脹和塌陷。“通過(guò)操作這一暴露過(guò)程，可能會(huì)制造出一種干聚合物薄膜，其孔隙率可能非常低或非常高。這種材料的折射率取決于材料的孔隙率，因此成為光子學(xué)應(yīng)用的理想材料。”

 

實(shí)際上，Sproncken等人通過(guò)在微芯片上涂覆這種可變孔隙率材料，來(lái)制備可重編程光子微芯片。

 

 

對(duì)于下一種聚合物組裝方法，Sproncken等研究人員在膠束或膠體粒子中加入一種帶有聚電解質(zhì)復(fù)合物核的冰結(jié)合聚合物。附著不帶電荷的聚合物，可防止核生長(zhǎng)或或融合成不可控尺寸的大聚合物。

 

當(dāng)這種特殊聚合物與冰晶結(jié)合時(shí)，能夠減緩冰晶生長(zhǎng)。這將有助于制造相關(guān)材料，以防止汽車(chē)擋風(fēng)玻璃或飛機(jī)機(jī)翼上產(chǎn)生不必要的冰。Sproncken表示：“我們發(fā)現(xiàn)這種聚合物被膠束包裹后，仍保持冰結(jié)合活性。這使得靜電共組裝成為一種很有前途的工具，可以作為設(shè)計(jì)防冰材料的基礎(chǔ)。”

 

 

最后，Sproncken探討控制溶液中帶相反電荷聚合物之間的相互作用的方法。直接混合相反電荷聚合物通常會(huì)導(dǎo)致相分離，即聚合物致密相和聚合物稀釋相。

 

為了穩(wěn)定聚電解質(zhì)的納米級(jí)結(jié)構(gòu)，Sproncken利用反應(yīng)網(wǎng)狀物（reaction network）來(lái)固定聚合物納米粒子的大小和形狀。“這種反應(yīng)網(wǎng)狀物的運(yùn)作是雙重的，可以調(diào)節(jié)帶相反電荷的大分子之間的相互作用，同時(shí)將部分鏈結(jié)合到一起。”

 

未來(lái)，這種穩(wěn)定的納米粒子可以用作生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的納米載體，這一切都?xì)w功于所謂的計(jì)時(shí)反應(yīng)，可防止形成大的無(wú)法使用的聚合物。