用于定量预测干湿状态间最大高度变化的聚合物刷理论

聚合物刷可在几乎所有固体表面生长，并且通过设计可展现多样的性质与功能，因此已广泛应用于工程、能源和医学中的诸多新兴领域。特别是，一些应用如驱动、分子释放和摩擦切换要求聚合物刷在干态与湿态之间改变其高度，而最大化此种高度变化对这些应用的最优性能至关重要。尽管标度律早已被提出用于定性确定刷高度，但一个能够定量预测刷高度及最大化刷高度变化条件的理论仍然缺失，然而该理论对聚合物刷的实用设计颇具价值。在此，我们采用热力学方法构建了一个聚合物刷理论，以计算不同接枝面积、聚合度（DP）和溶剂品质条件下的刷高度。我们的模型由两部分组成——描述刷弹性的自由连接链模型，以及描述刷与溶剂混合的Flory-Rehner模型。干态与湿态下计算所得的刷高度与文献中的实验数据相当吻合。计算得到的刷高度进一步被用于确定最大刷高度变化的条件。我们的理论可指导各种应用中聚合物刷的最优功能性能设计，也可与其他模型耦合以描述聚合物刷更复杂的行为。