华南师范大学周国富教授领导的团队李皓副教授通过调节表面接枝的聚甲基丙烯酸月桂酯（PLMA）链长，实现了对二氧化钛（TiO2）纳米粒子表面电荷的精确控制，并揭示了PLMA与非离子表面活性剂的相互作用机制及与粒子表面电荷之间的映射关系，为电泳显示墨水提供了创新的调控策略。
关键词：电泳粒子；界面作用；表面电位；华南师范大学
在物理化学领域，胶体粒子表面电荷的获取、控制及调节一直是极具挑战性的核心问题。尤其是低极性或非极性的油性介质中的作用机制一直尚未明朗。因为油性介质较低的介电常数会使 Bjerrum 长度大幅增加，所以传统的离子解离或吸附理论难以解释胶体表面电荷的产生与稳定规律。对于常用的金属氧化物粒子，其表面丰富的羟基易与酸碱表面活性剂结合，导致充电过程复杂多变，在非极性介质中的界面相互作用研究更是极少。
为攻克这一难题，华南师范大学周国富教授领导的电子纸团队开展了深入研究。首先通过硅烷化将端乙烯基和极性亚胺基引入纳米二氧化钛（TiO2）粒子表面，然后利用自由基聚合接枝不同长度的聚甲基丙烯酸月桂酯（PLMA）分子链。实验结果表明，随着链长增加，PLMA与TiO2表面 诱导-OH 基团、与非离子表面活性剂间的相互作用产生了显著变化。对于粒子表面电位，随着异构十二烷溶液中碱性表面活性剂——聚异丁烯丁二酰亚胺（PIBS）浓度增加，接枝短链 PLMA 的TiO2粒子表面电位会先正后负，而接枝长链PLMA 的则保持着正电性。但在含有高酸性表面活性剂——聚异丁烯丁二酸酐（PIBSA）的异构十二烷溶液中，无论接枝的PLMA链长短，粒子表面电位始终处于正电位。
通过理论计算发现，表面接枝的PLMA链所产生的空间位阻在粒子表面电荷调控过程中起到了关键作用。一旦PLMA链的重复单元数超过12，明显的空间位阻效应将有效地阻碍粒子表面 -OH 基团与表面活性剂的接触，进而导致粒子表面电荷性质不易受表面活性剂和反胶束的影响，能够保持恒定。基于此研究成果所提出的调控策略具有重要的应用价值，有望为电泳显示墨水的性能优化提供一种简便、精确且极具前景的控制方法，对推动相关领域的发展具有重要意义。
华南师范大学周国富教授团队长期致力于电子纸显示技术研究。本工作不仅揭示了在非极性介质中调控胶体粒子表面电荷的新机制，也提升了金属氧化物粒子在电泳显示等领域的实用效能。
2022级博士研究生秦冕为本文的第一作者，华南师范大学李皓副教授和周国富教授为本文的共同通讯作者。
论文信息：
Adjusting Interface Action and Spacing for Control of Particle Potential
Mian Qin, Jiangsong Ren, Jiamin Cheng, Ruisi Gao, Linli Li, Yao Wang, Pengfei Bai, Hao Li*, Guofu Zhou*
Small
DOI:10.1002/smll.202408558
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