據外媒報道，軟物質存在于許多日常物質中，如食物、化妝品和身體細胞。這些微小的軟性材料的結構由各種相互作用決定，其中之一是靜電相互作用。埃因霍溫科技大學（ TU/e）的博士生Christian Sproncken利用靜電相互作用，將軟材料組裝成由帶電聚合物鏈組成的各種結構。這些材料可用于光子微芯片的響應性涂層，或用于能防止汽車擋風玻璃或飛機機翼結冰的材料。

 

（圖片來源：埃因霍溫科技大學）

 

帶相反電荷的分子互相吸引。利用這種吸引力構建的材料具有有趣的特性。這種吸引力的基礎在于靜電相互作用，這種相互作用不僅是可逆性的，而且可以通過改變溶液的性質進行調節，如鹽濃度或pH。使用帶相反電荷的兩種聚合物，通過靜電相互作用控制聚合物的共組裝方式，可以制造各種材料。

 

 

Sproncken在由Ilja Voets領導的自組織軟物質實驗室完成其研究。他表示：“世界上到處都是軟材料。想想化妝品或人體細胞中的長鏈聚合物。當然，這些結構由更小的單元構成，比如乳劑或短鏈聚合物。真正有趣的是，這些單元可以以不同的方式組合在一起，制成新材料。”

 

在研究過程中，Sproncken主要感興趣的是，如何將帶相反電荷的聚合物結合起來，以組裝適合不同應用的新材料，例如可重復編程光子材料的涂層，以及具有抗凍能力的材料。

 

這項研究展示，靜電共組裝的聚合物基軟物質系統，具有廣泛應用的潛力。

 

 

首先，Sproncken將基材浸在一些含有聚電解質的溶液中，以制備軟材料涂層。聚電解質是具有電解質或帶電基團的聚合物。根據溶液的酸度(pH值)，所產生聚合物網狀物會發生膨脹和塌陷。“通過操作這一暴露過程，可能會制造出一種干聚合物薄膜，其孔隙率可能非常低或非常高。這種材料的折射率取決于材料的孔隙率，因此成為光子學應用的理想材料。”

 

實際上，Sproncken等人通過在微芯片上涂覆這種可變孔隙率材料，來制備可重編程光子微芯片。

 

 

對于下一種聚合物組裝方法，Sproncken等研究人員在膠束或膠體粒子中加入一種帶有聚電解質復合物核的冰結合聚合物。附著不帶電荷的聚合物，可防止核生長或或融合成不可控尺寸的大聚合物。

 

當這種特殊聚合物與冰晶結合時，能夠減緩冰晶生長。這將有助于制造相關材料，以防止汽車擋風玻璃或飛機機翼上產生不必要的冰。Sproncken表示：“我們發現這種聚合物被膠束包裹后，仍保持冰結合活性。這使得靜電共組裝成為一種很有前途的工具，可以作為設計防冰材料的基礎。”

 

 

最后，Sproncken探討控制溶液中帶相反電荷聚合物之間的相互作用的方法。直接混合相反電荷聚合物通常會導致相分離，即聚合物致密相和聚合物稀釋相。

 

為了穩定聚電解質的納米級結構，Sproncken利用反應網狀物（reaction network）來固定聚合物納米粒子的大小和形狀。“這種反應網狀物的運作是雙重的，可以調節帶相反電荷的大分子之間的相互作用，同時將部分鏈結合到一起。”

 

未來，這種穩定的納米粒子可以用作生物醫學應用中的納米載體，這一切都歸功于所謂的計時反應，可防止形成大的無法使用的聚合物。