软受限体内三相界面的浸润性变化研究

发布时间：2020-05-21 08:44

【摘要】：目前为止,人们已经在相当程度上理解了硬物质的性质。然而,软物质在自然界和日常生活中同样广泛存在,影响着人们的日常生活。软界面作为软物质物理中非常重要且特殊的界面,特别是形成封闭的软受限体,内部发生的界面浸润现象,更是吸引了众多科学家们的研究兴趣。本文结合Helfrich曲面弹性理论和高分子体系的自洽场理论构建了软受限体封装两相聚合物水溶液复合体系理论模型。考虑了聚合物对膜的渗透能力、聚合物链之间的相互作用以及聚合物与膜的吸附作用,重新推导了双亲分子双层膜泡的形状方程,通过对复合模型进行数值求解完成对软受限体中浸润性变化的理论研究。(1)选取零自发曲率的准球形膜泡,考察了聚合物对膜的穿透性、聚合物间相互作用、聚合物与膜相互作用以及聚合物的组成比例对复合体系相形态的影响。结果表明,除了强分凝区的聚合物组成比例变化,其余物性参数的变化均可使体系的聚合物分布以及内在接触角发生变化,甚至发生浸润性转变现象。但强分凝区的聚合物组成比例变化并不影响内在接触角的大小。此外,还发现复合体系的内在接触角独立于膜泡的约化体积。(2)从四个非零自发曲率中选取了相同约化体积的扁长形、梨形和双凹形膜泡,进一步考察各项参数对不同形状的复合膜泡相形态的影响。结果表明,在不同形状的膜泡中,聚合物对膜的穿透性、聚合物与膜相互作用的变化均对内在接触角有影响,并可导致体系发生浸润性转变现象,而不同形状中的浸润转变点并不一致。而且,在发生浸润性转变之前,形状对内在接触角的大小无影响。此外,在强分凝区改变聚合物间相互作用参数和聚合物组成比例,体系的内在接触角并不发生变化,但通过改变这两个参数使体系向弱分凝区转移时,均可使内在接触角减小到0°而发生浸润性转变。同时也发现内在接触角独立于膜泡的约化体积和自发曲率。本论文中的理论模拟研究结果将有助于理解双亲分子构成的封闭软受限体中的浸润性转变机理,并可以为一些不同形状的细胞、囊泡以及胶束内发生浸润性转变提供理论指导,具有重要的理论意义。
【图文】：

液滴的形态只受界面张力切向分量的影响，不受竖直方向的影响。如果基体逡逑变得柔软可变形，例如一滴油滴在水面上，杨氏方程将不再适用。逡逑如图１．２所示，这种在柔软界面上的浸润情况下界面张力不仅需要考虑切向逡逑分量，还需要考虑法向分量的力学平衡。此时，杨氏方程需拓展变形为诺依曼方逡逑程［５］进行描述逡逑ｃｏｓ邋Ｇ０邋＋邋Ｚａｙ邋ｃｏｓ邋６ａ＝０逡逑＋邋Ｙ．ａＰ邋ｃｏｓ邋ｄｐ邋＋邋Ｉａｙ邋ｃｏｓ邋６ｒ＝０逦（１．２）逡逑ｃｏｓ邋ｅｒ邋＋邋ｃ0ｓ邋ｅａ邋＝邋ｏ逡逑°ｒ逡逑图１．２液滴（０，红色）在柔软界面上浸润逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｗｅｔｔｉｎｇ邋ｏｆ邋ａ邋ｌｉｑｕｉｄ邋ｄｒｏｐ邋（邋ｐ，邋ｒｅｄ）邋ｏｎ邋ａ邋ｓｏｆｔ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．逡逑这三个方程不是独立的，其必须满足三个接触角之和等于２；ｒ这一约束条件，逡逑２逡逑

ａ：邋ｃｏｍｐｌｅｔｅ邋ｗｅｔｔｉｎｇ邋ｂ：邋ｐａｒｔｉａｌ邋ｗｅｔｔｉｎｇ逦ｃ：邋ｃｏｍｐｌｅｔｅ邋ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ逡逑图１．１液滴（／？，红色）滴在固体基面（／，灰色）上浸润：（ａ）完全浸润；（ｂ）部分浸润，三相接逡逑触线上三个界面张力保持力学平衡；（ｃ）完全非浸润。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗｅｔｔｉｎｇ邋ｏｆ邋ａ邋ｌｉｑｕｉｄ邋ｄｒｏｐ邋（邋／３，邋ｒｅｄ）邋ｏｎ邋ａ邋ｓｏｌｉｄ邋ｓｕｂｓｔｒａｔｅ邋（／，邋ｇｒｅｙ）：邋（ａ）邋ｃｏｍｐｌｅｔｅ逡逑ｗｅｔｔｉｎｇ；邋（ｂ）邋ｐａｒｔｉａｌ邋ｗｅｔｔｉｎｇ，邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｆｏｒｃｅ邋ｂａｌａｎｃｅ邋ａｔ邋ｔｈｅ邋ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ邋ｃｏｎｔａｃｔ邋ｌｉｎｅ；邋（ｃ）邋ｃｏｍｐｌｅｔｅ逡逑ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ．逡逑杨氏方程给出了最基本的固液界面上浸润接触角与界面张力的关系，适用于逡逑均匀表面和固液之间无特殊作用的平衡状态。杨氏方程描述的是刚性基面上的浸逡逑润，液滴的形态只受界面张力切向分量的影响，不受竖直方向的影响。如果基体逡逑变得柔软可变形，，例如一滴油滴在水面上，杨氏方程将不再适用。逡逑如图１．２所示，这种在柔软界面上的浸润情况下界面张力不仅需要考虑切向逡逑分量，还需要考虑法向分量的力学平衡。此时，杨氏方程需拓展变形为诺依曼方逡逑程［５］进行描述逡逑ｃｏｓ邋Ｇ０邋＋邋Ｚａｙ邋ｃｏｓ邋６ａ＝０逡逑＋邋Ｙ．ａＰ邋ｃｏｓ邋ｄｐ邋＋邋Ｉａｙ邋ｃｏｓ邋６ｒ＝０逦（１．２）逡逑ｃｏｓ邋ｅｒ邋＋邋ｃ0ｓ邋ｅａ邋＝邋ｏ逡逑°ｒ逡逑图１．２液滴（０
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631;O647.5

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1 谢仪;软受限体内三相界面的浸润性变化研究[D];湖南大学;2018年

本文编号：2674013