聚合物液晶的状态方程：理论与实验

本文第一部分发展了溶致性聚合物向列型液晶自由能的理论。我们使用具有宏观弹性模量的连续介质模型来描述聚合物向列相。通过评估配分函数，仅考虑谐波涨落，我们推导出系统自由能的表达式。我们发现自由能的构型熵部分增强了链之间的有效排斥相互作用。该构型贡献与直接相互作用的四次方根成正比。这种增强源于弯曲涨落与垂直于平均指向矢的向列阵列可压缩性之间的耦合。在本文第二部分，我们使用渗透压测量了0.1M至1M NaCl溶液中DNA液晶的状态方程。这些测量覆盖了DNA渗透压的5个数量级。在高渗透压下，状态方程由指数衰减的水化排斥力主导，与离子强度无关。在较低压力下，状态方程由涨落增强的静电双层排斥力主导。测得的DNA状态方程与我们的理论在所有盐浓度下都吻合得很好。我们能够提取直接静电双层排斥力的强度。这是测量半柔性聚电解质有效电荷密度的新的替代方法。