直接观察长链聚合物熔体的解吸
在我们的日常生活中,看到相同状态的材料处于不同的状态并不少见。以水为例:它在环境温度下为液体,当冷却至0°C以下时,我们可以将其转化为冰,而当加热至100°C以上时,则为气体。这些不同状态的物质之间的通道称为相变。
相变是材料中分子和原子的组织和相互作用的表达,因此,它们已被物理学家,化学家,生物学家等广泛研究。
尽管根据理论预测,某些相变仍然难以捉摸,并且由于其发生的苛刻条件,因此无法通过实验验证其存在。这是聚合物的吸附/解吸转变的情况。
聚合物是由重复(通常超过一千次)的同一单元(称为单体)组成的长分子。这种特殊的结构带来了一系列有趣的特性。例如,即使一个单体与表面之间的相互作用非常弱,聚合物分子也可以牢固地粘附在表面上:有限的力。实际上,为了将整个分子与表面分离,必须将所有弱连接的单体一一去除,这是极不可能发生的。聚合物链是被认为不可逆地吸附的那些,也就是说,聚合物链应该在很长一段时间内基本上永久地粘附在表面上。
理论家提出,吸附状态是暂时的,当加热到室温以上时,聚合物分子应解吸并离开表面。这将是吸附/解吸转变。
但是,到目前为止,还没有人能够验证这些想法,因为发生相变的温度很高,而且材料在最终解吸之前会降解。
现在,写在自然通讯西蒙娜·纳波利塔诺和他的合作者,泽维尔Monnier的和丹尼尔Cangialosi(聚合物和软物质动力学,ULB的实验室),从圣塞瓦斯蒂安国际物理中心和炫酷德Física德圣塞瓦斯蒂安的MATERIALES(西班牙)已经能够以实验方式获得吸附/解吸过渡。
该团队结合了Cangialosi和Napolitano在吸附方面的专业知识,使用了一种称为快速扫描量热法的新技术,该技术可以在温度变化非常快的情况下测量材料交换的热量。该技术可以在几分之一秒的时间内使聚合物分子从室温升至400°C,并且在此短时间内,材料没有时间降解。
通过研究这种现象,Monnier及其同事观察到,当聚合物链从表面解吸时,它们会释放出极少量的热量,这使吸附/解吸可归为一阶相变。
这类似于将冰放在桌子上时会发生的情况。在低温下,由于相互作用,分子保持在一起,从而使材料保持固态。通过加热到0°C以上,相互作用开始减弱,这对应于热交换。当聚合物链解吸时,也会发生同样的情况。
高分子物理学专家Emmanouil Glynos(研究与技术基金会-Hellas)评论说:“ Monnier等人已经能够通过加热薄的聚合物层来观察解吸,这是以前没有实现的整洁结果。快速量热使他们能够充分吸收热量。表征了这种难以捉摸的相变,这是软物质物理学领域令人难以置信的进步。”
除了相变研究的巨大进步之外,这项研究还提供了新的方法来定制纳米材料的特性,如智能涂料,柔性电子学等等。实际上,这些创新系统的性质取决于要吸附的分子数量,并且作者预计,通过充分掌握吸附/解吸转变,将有可能制造性能更好,更耐用的材料。
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