涂层厚度与覆盖率对水中二氧化硅纳米颗粒间作用力的影响

利用分子动力学模拟研究了水溶液中包覆二氧化硅纳米颗粒的结构与相互作用。针对直径为 5 nm 的无定形二氧化硅纳米颗粒，我们研究了改变聚环氧乙烷 (PEO) 的链长和接枝密度对纳米颗粒涂层形状以及纳米颗粒间有效作用力的影响。对于长度为 $n=6$ 和 $n=20$ 重复单元的短配体，涂层呈径向对称，而对于较长的链 ($n=100$)，涂层呈高度各向异性。这种各向异性似乎主要受链长控制，覆盖率起次要作用。对于所考虑的最大链长，强烈的各向异性形状使其无法拟合到简单的径向力模型中。对于涂层为各向同性的较短配体，我们发现纳米颗粒对之间的作用力为纯排斥力，并且可以拟合为 $(R/2r_\text{core}-1)^{-b}$ 的形式，其中 $R$ 为纳米颗粒中心之间的距离，$r_\text{core}$ 为二氧化硅核的半径，且测得 $b$ 介于 2.3 和 4.1 之间。