高分子的界面吸附是虽经典但仍具挑战性的科学问题。本项目拟利用基于原子力显微镜的单分子力谱方法,包括一维单分子力谱和力谱图像相结合的三维力谱的方法,来研究高分子的界面吸附。我们期望完善力谱-吸附形态的指纹库,建立从力谱特征识别高分子吸附形态的方法;直接测量一些聚合物与界面吸附的相互作用力,认识界面高分子吸附的推动力本质和动态过程。这些问题的解决,对发展高分子界面科学和界面超分子化学都有重要的学术意义。
利用基于原子力显微镜的单分子力谱,我们研究了高分子的界面吸附及其分子间相互作用,取得了以下创新性成果(1)研究了一系列侧基带有疏水和两亲性树枝状分子的聚苯高分子的单链弹性性质及其在界面的吸附行为,揭示了疏水作用对界面吸附力的影响。进而,系统地研究了溶剂和树枝状侧基对高分子的单链弹性性质的影响,发现在主链相同的情况下,高分子的弹性取决于侧基和溶剂特性的共同影响;(2)开展了高分子与小分子相互作用的研究研究了聚乙烯吡咯烷酮与碘的相互作用的大小和作用能量,澄清了只有KI3与聚乙烯吡咯烷酮之间有较强的相互作用;并利用多糖的指纹特征,研究了拥挤环境对直链淀粉构象转变的影响,直接获得了表面活性剂分子诱导羧甲基直链淀粉螺旋结构打开所需的能量;(3)利用高分子的力谱直接实现了单分子水平分子间相互作用力的直接测量直接研究了树枝状分子之间的相互作用,其相互作用力随着代数的增加而增大;首次在单分子水平开展了对π-π相互作用和嵌入相互作用的研究。这些结果对从单分子水平认识分子结构、界面结构和超分子结构及其推动力有重要意义。