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表面重构的应用 摘要：高分子表面的分子链、链段和基团会随着环境改变而重新排列以适应环境的变化，使界面能最低达到稳定状态。高分子表面为了适应环境从一个状态到另一个状态的变化过程,称高分子表面重构。高分子材料表面和界面性质决定高分子制件的最终用途，而由于材料在使用过程中都是与各种温度下的气体或液体环境接触，所以研究高分子材料表面重构行为，掌握表面重构的规律，对于高分子材料的表面设计，控制高分子材料表面性质具有非常重要的意义，这种重构性质也被广泛的应用。 关键词：表面重构 应用 高分子 1.高分子表面重构的简介 1.1高分子聚合物表面 高分子聚合物表面是指其固体表层一个或数个原子层的区域。由于表面粒子(分子或原子)没有邻居粒子，使其物理性和化学性质与固体内部的性质明显不同。由于其表面上原子配位数减少，所以处于表面上的原子缺少相邻的原子，会失去三维结构状态下原子之间作用力的平衡。这样，解理后那些处于表面上的原子，必然要发生驰豫，以寻求新的平衡位置，因而会发生重构(reconstruction)以降低表面的能量。所以弛豫和重构是高分子聚合物解理后普遍存在的一种表面现象。 1.2影响表面重构的因素 高分子聚合物表面所以会发生重构，从热力学的角度看，界面能最低是重构发生的主要动力。从动力学角度看，当环境变化时表面分子的运动能力也是重构能否发生的关键因素，因此高分子聚合物的结构影响其表面重构能力。研究表明高分子聚合物的极性基团，分子链间的交联等都是影响其表面重构的重要因素。 1.3表面重构研究的重要性 高分子聚合物表面重构现象在20世纪70年代后受到人们的关注和重视。通过一些近代分析测试技术，诸如X射线光电能谱、透射电镜、原子力显微镜等应用，加深了对这一现象的认识。通过对表面重构的研究可以掌握表面重构的规律，对于高分子材料的表面设计，控制高分子材料表面性质，调控、优化高分子材料的使用性能，实现其表面智能化等都具有非常重要的意义 2.高分子表面重构的应用 2.1设计溶剂响应性的材料 Zhiquan Chen等研究了不同溶剂控制聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶（PS-b-P2VP) 胶束膜中胶束的打开和闭合（邻二甲苯为溶剂，PS为壳、P2VP为核）。研究发现乙醇和水（PH=4,8,12）都能够诱导胶束打开，全过程分为：膨胀和润湿两个过程。胶束打开的速度和大小与溶剂对P2VP的溶解度有关系。溶剂对P2VP的溶解度越大胶束打开的速度越快并且能够诱导其完全打开。当溶剂为对P2VP作用没有克服其缠结力时，为部分打开。对于完全打开的胶束膜在用PS的良溶剂处理时（如邻二甲苯）可以诱导胶束的闭合。胶束形成的速度依赖于溶剂对PS的溶解度。 2.2制备疏水界面 Emil Gustafsson等研究了在木浆纤维上面通过调节不同的PH值分别吸附PAA和PAH Manabu Inutsuka等利用两亲性共聚物在表面发生重构在聚合物/水界面制备高密度的聚合物刷。对比改性前后聚合物前进和后退接触角（如图4B所示）Andreas Terfort等研究了在金表面接上具有偶氮苯的基团末端用甘露糖修饰(对某种细菌表面进行特异性识别)在365nm的照射下，偶氮苯由E向Z构型转变，可以通过红外反射吸收光谱进行观察到，当紫外波长达到450nm时，由Z向E转变，从而可以当做是一种吸收细菌的开关。 2.5 在粘结性能上的应用 Julius Vancso 的课题组研究了在基底上接半胱氨酸，通过氨与碘的相互作用来接上烷基二茂铁硅氧烷(PFS-I)，进一步接上以磺酸基为末端的十一烷基链(PFS-SO3-).然后以PFS-I和PFS-SO3-以THF为溶剂悬涂成模，然后通电(0.8V为二茂铁的氧化，0.1V为二茂铁的还原)发现，PFS-I体系在氧化态由于表面电荷与Fe正电荷距离很近所以表现为亲水性，而在还原态表现为疏水性，以 PFS-SO3-因为有长的烷基链的存在，所以当在氧化态时，顶端的负电荷为了中和Fe正离子，使得烷基链弯曲在表面覆盖，使得表面疏水，所以当在氧化态的时候表现为疏水性，在还原态的时候表现为亲水性。在检测与PS之间的粘附力时，作者采用的AFM的力学模式，采用的PS胶体针尖，测其粘附力曲线。如图，可以得到，在PFS-I的还原态(疏水)，其粘附力是大于氧化态(亲水)，而PFS-SO3-体系正好相反。 3.总结 因为表面重构的现象存在，使得高分子在气-固、气-液、固-液界面的化学组成和排布不同，所以利用此特性可以应用于不同的功能材料的制备，例如，设计溶剂响应性材料，在将纸浆的表面设计成疏水界面，在液固界面处合成高密度的聚合物刷，光敏性材料和制备具有特殊粘结性能的化合物。 参考文献 Chen Z, He C, Li F, et al. Responsive micellar films of am