通过单分子追踪技术研究了负载带电纳米颗粒的水/油界面的扩散老化现象

《Nature Communications》：Diffusional aging at water/oil interfaces laden with charged nanoparticles studied by single-molecule tracking

　　

摘要

带电纳米粒子在水油界面上的吸附是一种基本现象，它是从乳液稳定到复杂泡沫制造等一系列关键技术的基础。然而，这些纳米粒子的扩散行为至今仍不甚明了。在本研究中，我们通过单分子追踪实验发现，相同电荷的纳米粒子在水油界面上的扩散行为不仅表现出异常现象，而且在界面覆盖率达到一定程度时还会出现与玻璃态无关的扩散老化现象。我们进一步发展了一个理论框架，能够定量再现所有实验观察结果。分子动力学模拟表明，吸引力和排斥力的共存是导致这种老化现象出现的必要条件。吸引力和排斥力之间的相互作用使得纳米粒子在可观察的时间尺度内发生粘附，从而表现为老化现象。扩散老化的发现表明，界面演化过程会持续到吸附平衡之后，这提示在涉及带电纳米粒子的水油界面的应用中必须考虑这一效应。