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高分子单个重复单元的范德华力测量: scicui 2018-9-30 16:03; 作为最弱的非共价键作用之一，范德华力普遍存在于分子之间，对纳米结构有重要的影响。虽然在近几十年内，表面 - 表面（或层 - 层）之间的范德华力已经被成功测量，然而单分子层次上的范德华力测量依然非常困难。首先，单个小分子的尺寸太小，不易捕捉和操纵；其次，范德华力的作用距离又非常短（通常小于 1 nm ），这都给单分子层次上的范德华力的测量增加了难度。最近我们利用单分子力谱技术，在高真空环境中成功探测了单个高分子重复单元和固体表面的范德华力。通过将小分子串成一串（即高分子链）作为目标分子，可以有效地增加力信号的持续时间；高真空环境可以排除溶剂以及表面吸附水对力探测的干扰，大大简化了被操纵分子的受力分析。通过选用适当的高分子和固体表面，使得分子 - 表面之间只能形成范德华力作用。高真空条件下，高分子会以平躺构象吸附在固体表面。当把高分子链从表面上揭起来时，其重复单元会依次脱附。由于均聚物上每个重复单元的脱附力一致，因此可以得到恒定的脱附力平台，进而可以推算出单个重复单元和基底之间的范德华力（图 1 ）。实验结果表明，高分子每个单体与基底表面的范德华力在 21~54 pN 之间，而且力值与固体表面的性质以及高分子的重复单元尺寸均有关。对于具有更大哈梅克常数 (Hamaker constant) 的固体表面，分子 - 表面之间的范德华势能更大，因此范德华力更强；对于具有更大尺寸的高分子重复单元，由于范德华力具有可加和性，分子 - 表面之间的范德华力也会更强。这些实验结果得到了理论计算的支持。本研究采用的实验方法有望用于在单分子层次上探测其他类型的非共价键作用（如氢键、 π-π 作用等）。相关成果以“Detecting van der Waals forces between a single polymer repeating unit and a solid surface in high vacuum”为题发表于 Nano Research 2019, 12, 57-61. 图 1. (a) 高真空中测量高分子重复单元与固体表面范德华力示意图； (b) 重复单元尺寸不同的高分子在不同的固体表面上的脱附力（范德华力）力值。蓝色：聚 (N,N- 乙基甲基丙烯酰胺 ) ， PEMA ；红色：聚 (2, 3- 二氢呋喃 ) ， PDHF 。论文链接： https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-018-2176-8 http://www.thenanoresearch.com/work_asap.asp vdW.pdf; 个人分类: 学海泛舟|6941 次阅读|0 个评论

[转载]科学家首次直接测量范德华力: 热度 1 redtree 2013-7-10 22:32; 科学家首次直接测量范德华力作者：L. Beguin 来源：《物理评论快报》发布时间：2013-7-10 12:45:15 法国国家科学研究中心的研究人员在最新一期《物理评论快报》上撰文指出，他们首次直接对两个原子间的范德华力进行了测量，另外，测量中使用的技术也可用于制造在量子计算机中非常有用的量子逻辑门。范德华力是中性原子之间通过瞬间静电相互作用产生的弱作用力，以其发现者荷兰物理学家约翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦耳斯的名字命名。很多物质的“一举一动”都与这种力有关：正是这种力让大多数气体分子簇拥在一起；也是这种力让壁虎的脚趾头紧紧贴在光滑的墙壁上。但是，只有当原子紧紧“依偎”在一起时，这种弱作用力才明显，所以，科学家们迄今没有直接测量到这种作用力。现在，法国科学家使用两束激光让一对原子紧紧“依偎”在一起，并用第三束激光测量了它们之间的范德华力。在最新实验中，科学家们选择里德伯原子——一个价电子被激发到高量子态的高激发原子作为他们实验的一部分。里德伯原子很大，而且，其中的一个电子处于高带电状态；另外，这种原子之间的力比很多其他原子对之间的力都要强，也正因如此，可以在更远的距离内测量这种力，这就使得里德伯原子成为测量范德华力的理想选择。研究人员首先朝一对里德伯原子发射两束激光，使它们紧贴在一起，随后，朝这两个原子发射第三束激光使其以特定的频率振荡，通过测量这一振荡，他们可以利用数学方法计算出这两个原子间的范德华力。而且，科学家们通过测量基态和激发态之间的振荡发现：两个原子之间的距离对于测量范德华力非常重要。如果距离太近，其中一个原子的激发态会打垮另一个原子的激发态；如果距离太远，两个原子之间的作用力会变得太弱而无法测量。因此，科学家们使用第三束激光作为光学镊子，将两个原子之间的距离调整至最适合测量的距离。该研究团队也强调称，用来测量范德华力的技术也能使正在振荡的原子演变到一种完全相干的状态，这意味着这一技术有望被用来制造在量子计算机内非常有用的量子逻辑门。（来源：科技日报刘霞）; 个人分类: 科学研究|1325 次阅读|1 个评论

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