基于原子力显微镜的颗粒间表面力研究

摘要：

为深入明晰颗粒间表面力组分,选取玻璃微球为研究对象,并采用胶体探针原子力显微镜对不同疏水性颗粒间的微观作用力进行测试,借助经典DLVO及扩展DLVO理论对测试结果拟合分析,并通过分子动力学模拟验证试验结果.结果表明:亲水性颗粒与疏水性颗粒间相互作用力服从经典DLVO理论,在长程范围内静电斥力起主要作用,当分离距离在6 nm左右时,颗粒间范德华力克服静电排斥力;两亲水性颗粒间存在着额外的短程水化斥力,拟合发现水化斥力以0.54 nm的衰减长度按单指数模型衰减;两疏水性颗粒间则存在着强烈的疏水引力,力曲线显示:在20～40 nm范围颗粒发生明显的跳入黏附,疏水引力以1.63 nm的衰减长度按单指数模型衰减.分子动力学模拟发现,极性水分子与二氧化硅表面氧原子间存在强烈的氢键作用,表明亲水玻璃基板表面形成致密结构的水化层,诱发水化斥力;而疏水界面水分子没有氢键作用,疏水引力源于疏水界面的水分子重排熵效应.

关键词：表面力、原子力显微镜、DLVO力、水化斥力、疏水力

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分类号：TD923(选矿)

资助基金：中国博士后科学基金特别项目2019T120482;国家重点研发计划项目2018YFC0604702;国家自然科学基金项目21978318,51904300

在线出版日期：2019-12-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1352-1357,1374