離子相關(guān)性與固液界面雙電層實驗研究.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)識固液界面雙電層結(jié)構(gòu)和特性對微納通道中流體的流動、生物芯片、微納潤滑、粘附等都有重要的學(xué)術(shù)和工程價值;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和二價電解質(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較低時，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，PB理論失效。
　　針對高價離子間的強(qiáng)相關(guān)性，利用SFA探尋了強(qiáng)相關(guān)三價鑭離子在不同濃度

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，考察了溶液pH值對離子的強(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