摘要

了(le)解軟微(wei)凝(ning)膠(jiao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)動(dong)力(li)(li)學是設(she)計(ji)此(ci)類顆(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)關(guan)(guan)鍵步驟(zou)用于作為泡沫(mo)或乳液的(de)(de)(de)刺(ci)激響應性Pickering穩定(ding)劑的(de)(de)(de)潛(qian)在(zai)(zai)應用。在(zai)(zai)這項研究中(zhong)我(wo)們實驗確定(ding)聚(ju)（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）微(wei)凝(ning)膠(jiao)的(de)(de)(de)狀態方(fang)程（EOS）使用朗繆(mou)爾薄膜(mo)天(tian)平吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)在(zai)(zai)空氣-水界面(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)(li)。我(wo)們檢測一個有限的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)(mian)顆(ke)(ke)粒(li)(li)表面(mian)(mian)(mian)濃(nong)度非常低時(shi)(shi)的(de)(de)(de)壓力(li)(li)，為此(ci)基于硬盤的(de)(de)(de)標準理論(lun)模(mo)型預測的(de)(de)(de)壓力(li)(li)可以忽(hu)略(lve)不計(ji)，這意味著顆(ke)(ke)粒(li)(li)在(zai)(zai)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)時(shi)(shi)必須強烈變(bian)形界面(mian)(mian)(mian)。此(ci)外(wai)，我(wo)們研究了(le)由于吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)的(de)(de)(de)表面(mian)(mian)(mian)壓力(li)(li)的(de)(de)(de)演(yan)變(bian)PNIPAM粒(li)(li)子作為時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)函(han)數(shu)，使用懸滴張力(li)(li)測定(ding)法。狀態方(fang)程在(zai)(zai)平衡測量中(zhong)確定(ding)的(de)(de)(de)允許我(wo)們提(ti)取(qu)作為函(han)數(shu)的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)量時(shi)(shi)間。我(wo)們發現了(le)一種混合(he)動(dong)力(li)(li)吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)，最初由顆(ke)(ke)粒(li)(li)向界面(mian)(mian)(mian)。在(zai)(zai)后期階段(duan)，緩慢的(de)(de)(de)指數(shu)弛豫表明存在(zai)(zai)與界面(mian)(mian)(mian)處粒(li)(li)子擁擠(ji)相關(guan)(guan)的(de)(de)(de)覆蓋依賴吸(xi)附(fu)(fu)(fu)(fu)屏障。

一、簡介

微(wei)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)（由以(yi)下物(wu)質(zhi)組成的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)脹膠(jiao)(jiao)(jiao)體(ti)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)）交(jiao)聯的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)溶(rong)性聚(ju)合物(wu)）顯示出(chu)作為皮克林(lin)的(de)(de)(de)(de)(de)巨大希望乳液(ye)和(he)(he)泡(pao)沫的(de)(de)(de)(de)(de)穩定劑(ji)。1-3這(zhe)(zhe)有(you)兩個(ge)原因(yin)。首(shou)先，它(ta)(ta)(ta)們(men)(men)是顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)這(zhe)(zhe)一(yi)事實(shi)使它(ta)(ta)(ta)們(men)(men)非常容易(yi)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)以(yi)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)能的(de)(de)(de)(de)(de)順(shun)序強(qiang)烈地(di)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)在界面上(shang)數(shu)百kBT或更(geng)(geng)多。4其次(ci)，它(ta)(ta)(ta)們(men)(men)膨脹的(de)(de)(de)(de)(de)聚(ju)合物(wu)與(yu)固體(ti)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)相比，特(te)性有(you)助于(yu)從溶(rong)液(ye)到流(liu)體(ti)界面的(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)(fu)著。4,5了解如(ru)何這(zhe)(zhe)些粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)穩定了界面，它(ta)(ta)(ta)們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)和(he)(he)它(ta)(ta)(ta)們(men)(men)產生的(de)(de)(de)(de)(de)表面壓力(li)(li)是需(xu)要在知識背(bei)景(jing)下解決的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要問題(ti)基于(yu)這(zhe)(zhe)些特(te)定應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)設計(ji)。盡(jin)管對吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)微(wei)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)層的(de)(de)(de)(de)(de)各種(zhong)研究已經(jing)6-11他(ta)們(men)(men)都沒有(you)精確地(di)建(jian)立這(zhe)(zhe)些吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)凝(ning)膠(jiao)(jiao)(jiao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)方程(cheng)。那(nei)里也(ye)缺乏關于(yu)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗這(zhe)(zhe)些粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)在流(liu)體(ti)界面上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)(li)學(xue)(xue)。然(ran)而，控制吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)目前還(huan)不是很(hen)好明白了。例如(ru)，已經(jing)發現(xian)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)硬(ying)膠(jiao)(jiao)(jiao)體(ti)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)受(shou)到顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)與(yu)空氣(qi)-水之間靜電相互作用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)烈影響(xiang)interface.12負粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)被(bei)排斥并緩慢吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)或根(gen)本不吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)（取決于(yu)離子(zi)(zi)強(qiang)度(du)和(he)(he)動(dong)態(tai)條件），而正粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)很(hen)容易(yi)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)，可(ke)能遵循基于(yu)擴散的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)率定律。目前尚不清楚是否so顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)受(shou)類似的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)支配。甚(shen)至作為平衡(heng)表面壓力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)函數(shu)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)so粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)(liang)，即狀(zhuang)態(tai)方程(cheng)（EOS）鮮為人知，更(geng)(geng)不用(yong)(yong)說(shuo)物(wu)理機(ji)制了上(shang)升到表面壓力(li)(li)。眾所周知，二維理想氣(qi)體(ti)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)膠(jiao)(jiao)(jiao)體(ti)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)型不會導(dao)(dao)致由于(yu)顆(ke)(ke)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)尺寸較大，可(ke)測量(liang)(liang)壓力(li)(li)。8因(yin)此(ci)，一(yi)個(ge)簡單的(de)(de)(de)(de)(de)2D硬(ying)盤模(mo)型將預測可(ke)測量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)壓力(li)(li)僅(jin)適(shi)用(yong)(yong)于(yu)非常接近于(yu)吸(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)層六(liu)邊形(xing)密(mi)(mi)堆積極(ji)限(xian)。Groot和(he)(he)Stoyanov13進行了so粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)耗散粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)動(dong)力(li)(li)學(xue)(xue)(DPD)模(mo)擬(ni)在流(liu)體(ti)界面，并建(jian)議通過(guo)以(yi)下方式重(zhong)(zhong)新調整密(mi)(mi)度(du)引入有(you)效(xiao)長度(du)尺度(du)，這(zhe)(zhe)是兩個(ge)數(shu)量(liang)(liang)級(ji)(ji)量(liang)(liang)級(ji)(ji)小于(yu)粒(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)徑(jing)。這(zhe)(zhe)導(dao)(dao)致更(geng)(geng)多表面壓力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)際值，但物(wu)理意義這(zhe)(zhe)個(ge)有(you)效(xiao)長度(du)不是很(hen)清楚。

最后(hou)(hou)，重要(yao)的是(shi)要(yao)認識(shi)到(dao)這(zhe)樣的微凝膠(jiao)顆(ke)(ke)粒(li)在(zai)吸附到(dao)固體后(hou)(hou)強烈變(bian)形-液體14和液-液3、7、15、16界(jie)(jie)面(mian)(mian)導致"草帽(mao)"或"煎蛋狀"形態。在(zai)流體-流體界(jie)(jie)面(mian)(mian)的情況下，這(zhe)種變(bian)形通常(chang)歸因(yin)于聚合物股線的趨勢是(shi)最大限度地(di)與(yu)界(jie)(jie)面(mian)(mian)被(bei)(bei)粒(li)子彈性抵消。程度然后(hou)(hou)由Dg/3控制變(bian)形量，其(qi)中(zhong)Dg是(shi)凈(jing)作用(yong)在(zai)粒(li)子上的界(jie)(jie)面(mian)(mian)張力，3是(shi)楊(yang)氏粒(li)子的模量。對于空氣-水界(jie)(jie)面(mian)(mian)處(chu)的膨(peng)脹(zhang)顆(ke)(ke)粒(li)，人(ren)們通常(chang)會發(fa)現這(zhe)種變(bian)形是(shi)10-6 m的數量級，與(yu)顆(ke)(ke)粒(li)的大小相當。因(yin)此，這(zhe)些(xie)顆(ke)(ke)粒(li)在(zai)界(jie)(jie)面(mian)(mian)，一個沒有被(bei)(bei)考慮到(dao)的方面(mian)(mian)Groot和Stoyanov的模擬(ni)。

本(ben)文的(de)目(mu)的(de)是首先解(jie)決這些問題確定吸(xi)附(fu)在空氣(qi)-水界(jie)面上的(de)PNIPAM微(wei)凝膠顆(ke)粒的(de)（平衡）狀態方(fang)程(cheng)（EOS）使(shi)用朗(lang)繆(mou)爾天(tian)平（LB）。其(qi)次，我(wo)們在單獨的(de)實驗(yan)中跟蹤(zong)表面壓力(li)(li)隨時間的(de)演變(bian)，因為PNIPAM顆(ke)粒使(shi)用懸垂(chui)從本(ben)體(ti)水溶液(ye)吸(xi)附(fu)到(dao)新形(xing)成的(de)氣(qi)泡界(jie)面drop(cq'bubble')張力(li)(li)測定法。從這兩(liang)個測量可以得到(dao)吸(xi)附(fu)動力(li)(li)學(xue)(xue)G(t)，揭示控(kong)制吸(xi)附(fu)動力(li)(li)學(xue)(xue)的(de)機制的(de)重(zhong)要方(fang)面。

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