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石墨烯小知识|改变金属表面性能的石墨烯薄膜: 热度 2 wuyuefeng 2016-11-17 10:07; 《石墨烯学堂》之第二十三讲金属表面通常为高能表面，高能表面往往易于被水润湿，表现出比较强的亲水性，无形中增加了对金属的腐蚀作用，因此，金属防腐的其中一条思路就是将其表面加工成更疏水。通常金属表面由亲水加工成疏水可通过以下两种方式：1.是对其表面进行阵列式粗糙结构的特殊形貌构建，实现超疏水性；2.是用低表面能材料进行修饰，形成具有超疏水性能的保护膜。石墨烯是一种新型二维碳原子材料，由于其良好的密封效果，可以阻碍离子及质子的透过，从而被认为在防腐蚀方面有巨大的潜力。这方面的报道比较早，Ruoff在ACS Nano上展示了在金属表面负载CVD石墨烯膜可以有效降低腐蚀的速度。另一方面，由于石墨烯特殊结构会对材料表面的润湿性产生影响，很多学者试图利用石墨烯的柔性构筑类似荷叶表面的仿生表面，在实现表面超疏水的同时，同时保证了材料良好的抗腐蚀性能。例如，将CVD 法制备的低表面能石墨烯薄膜在铜合金表面构建阵列式粗糙结构，实现铜合金表面类似荷叶结构的仿生超疏水表面，达到铜合金表面超疏水自清洁的效果，这是金属腐蚀防护的一条重要思路。虽然这样的技术目前在面临薄膜转移与结构构建的时候依然困难重重，但这种由碳膜包覆的金属防腐可以在保证材料高导电性的前提下实现金属保护，相信其在未来一段时间必然会受到更多的关注。本词条由昂星科技团队编辑想要了解更多关于石墨烯的知识，欢迎扫一扫下方二维码，加入我们。; 个人分类: 石墨烯学堂|6348 次阅读|2 个评论

天然纤维素是更亲水还是更疏水？: scicui 2015-6-11 17:49; 天然纤维素中每个糖环有3个羟基，从直觉上判断纤维素应该是非常亲水的。宏观的研究（比如接触角实验）也基本支持此观点。然而纤维素不溶于水和其他任何常见溶剂。长期以来，纤维素的不溶性主要归因于它的结晶性。也正因为纤维素的不溶性，大量相关研究基本以纤维素聚集体为主要的研究对象。我们最近利用纤维素的离子液体溶液制备了单分子样品，在单分子层次上对纤维素进行了细致的研究。首次在实验上发现：即使在单链分散的状态，天然纤维素仍然相当疏水，在水中塌缩成球，在拉伸时可观察到与聚苯乙烯相似的平台型力曲线。纤维素糖环上有3个羟基，其中2个直接连接于较为刚性的糖环，这些羟基的自由度受到了较大的限制，使得糖环的上下2面表现出疏水性。在认识到纤维素分子结构的疏水性之后，天然纤维素不溶于水的现象就容易理解了。相关结果已发表于Macromolecules, 2015, 48, 3685. PDF; 个人分类: 学海泛舟|15720 次阅读|0 个评论

横看成岭侧成峰，远近高低各不同：分子间的结构和作用力: 热度 6 chemicalbond 2012-5-21 22:06; 剑桥（小分子）结构数据库（CSD）及其相关软件是一些非常有用的研究工具。具体可以参考其网页 http://www.ccdc.cam.ac.uk 和生物大分子结构数据库（PDB）不同的是，它不是免费的。尽管如此，我们还是购买了这套软件，并且成为国内的第一个工业界用户。这里简单地举一个例子说明这个数据库的用途。熟悉化学或者生物结构的人都知道，分子之间有着各种各样的相互作用，维持着体系的不同结构，如吸引力就有氢键，离子键，疏水相互作用等等。但是，原子是有大小的，彼此不能太近，否则就要排斥了。那么，分子间到底靠得多近才彼此感觉舒服？有了CSD，这些问题都是非常的简单，也免去量子化学计算的闹心。为说明方法，我们这里做一个简单的搜索。在所有高分辨结构中，寻找分子间 C=O 和 N-H 之间氧原子和氮原子之间的距离，并且做个统计分布。结果大致是这样的【因为数据太多，这里取部分结果，从统计上说明问题。】上图显示分子间的 CO和 NH 之间在 R(ON）等于3A（1A=10^-10m)左右有个非常明显的峰。这个好理解，因为普通化学课上老师讲过，那就是氢键的标准距离。另外，R（ON）小于2.6A 的情况没有见到，因为那个距离太小，除非是特殊条件下发生了化学反应，否则那就是个禁区。值得注意的是，在大于4.6A之后，布居数又在不断地上升，那是啥意思？难道还有另外一个特殊的相互作用？好像不应该。不过，如果对上面的数据略加处理，把每个区间里面的布居数除于距离的平方，就可以得到一个不同的分布图。非常的漂亮，一个高高的山峰在那里傲视群雄。【至于为何要那么做，就请哪位读者帮助回答一下。】显然，上面那个氢键也是蛋白质结构中最常见的。下图中就显示大量的CO/NH氢键维系着蛋白的基本骨架。图中还有一个药物分子加塞在它的靶体蛋白里头。那个药物分子就是大名鼎鼎的治疗白血病的格列卫 (Gleevec). 相似的，我们考察一种常见的疏水作用。看看两个分子间的甲基之间应该是个什么距离才比较合适。同样，从高分辨晶体结构中，在每个距离区间寻找2个甲基呆在一起的情况，再做个分布图。在2个甲基距离约 4A 左右，有一个很不起眼的尖峰，几乎都容易被当成噪音。到这里，通常读者都会想到做个相似处理，把上面的分布图除于距离的平方。下面这个图就好看多了，分布峰显得更加明显，而后面的都是些波澜而已。下面是一个具体的例子，图中标示的为两个疏水作用，距离为4A左右，一个氢键，距离约3A。第一个图显示的是分子的体积，表现了分子们在某些地方是亲密无间的。第二个图是通常化学家们熟悉的，比较直观，但是很难看出它们之间不能再密切了上面两种相互作用代表了生物体系中2种最基本的作用力。一个是有方向性的静电作用（氢键），另一个是没有方向性的疏水作用（一种熵效应）。生物分子内部以及彼此之间就是靠着大量的类似上面的作用力一起决定了生物分子形形色色的结构和无数的生理现象，如蛋白质的折叠，药物分子对癌症蛋白的抑制作用，等等。要是从最本质的地方把握了分子间作用原理，便象是掌握了打开生命之谜的钥匙。其它的，基本上都是些繁琐的实验过程和数据处理。附：格列卫和它的靶体蛋白之间的一些相互作用。【根据结构 http://www.pdb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1iep 】; 个人分类: 科普与新知|6426 次阅读|13 个评论

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