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郭卓欢,汪大洋
GUO Zhuohuan, WANG Dayang
摘要: 本研究以聚丙烯酸(PAA)薄膜为模型体系,通过调控分子量与固化温度,系统制备了一系列具有不同水润湿性的 PAA 薄膜。借助衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)解析,将薄膜表面羧基(COOH)的分子构型——自由羧基(〖COOH〗_f)与氢键结合羧基(〖COOH〗_HB)与表面能的极性分量(γ^(s,p))直接关联。通过将 γ^(s,p) 分解为 〖COOH〗_f 和 〖COOH〗_HB 的贡献之和,首次获得 〖COOH〗_HB 的本征表面能极性分量 γ_HB^(s,p*) 为 8.34 mN/m,显著低于 〖COOH〗_f 的 γ_f^(s,p*)(34 mN/m),这一结果凸显氢键作用显著降低了表面的 γ^(s,p),合理解释了 PAA 薄膜表面较大水接触角的差异,并为通过润湿性反推表面 〖COOH〗_HB 的比例提供了热力学基础。进一步将该模型推广至羧基自组装单层(COOH-SAMs)体系时发现,表面 COOH 密度(∑COOH)对润湿行为具有关键调控作用:当 ∑COOH 处于 4.30 – 5.25 nm?2 时,COOH 以自由态为主并可形成有效水合层,最有利于超亲水表面的实现。由此,本研究不仅建立了表面 COOH 构型与宏观润湿性之间的定量热力学模型,还通过推广至 COOH-SAMs 体系验证了该模型的普适性,为多种 COOH 功能化表面亲水性的可控设计提供了统一理论框架。
中图分类号:
TrendMD: