从新鲜到盐水：离子如何调节水中 grafted 硅纳米颗粒的溶剂介导相互作用
软凝聚态物质
2025-11-11 v1
摘要
纳米颗粒 (NPs) 是工程功能软质材料的基本构件，精确控制溶剂介导的颗粒间有效相互作用 (Ueff) 对塑造 bulk 结构和属性至关重要。这种溶剂介导的相互作用强烈受到颗粒表面化学、溶剂特性以及温度 (T) 和压力 (P) 等热力学条件的影响。尽管已取得显著进展，但尚缺乏一种通用的预测框架，用于调节Ueff并指导自组装。本文采用 all-atom 分子动力学模拟，研究了通过盐 (氯化钠) 对 grafted 硅纳米颗粒 (Si-NPs) 上 grafted 聚乙烯 (PE) 和聚乙二醇 (PEG) 表面化学对Ueff的影响。在常温常压下，裸露 (未 grafted) Si-NPs 在高盐浓度下Ueff几乎不变。相比之下，PE grafted Si-NPs 显示出强烈的盐诱导相吸引，而PEG grafted Si-NPs 表现出中间、较平滑的响应。为评估这些盐诱导效应在 Ueff 上的可迁移性，我们进一步考察了盐对不同 (T,P) 条件下 Ueff 的影响。我们的结果表明，盐对裸露和 grafted Si-NPs 的 Ueff 在所探索的 (T,P) 条件下基本保持不变。分子层面的分析揭示，盐促进了 PE 和 PEG graft 两者的疏水性在颗粒间空腔中的溶剂脱水，其中 PE 的效果最为显著。总体而言，本研究突显了表面化学、离子-聚合物相互作用以及溶剂构成在 Ueff 调节中的协同作用，为软质材料工程的可预测相互作用控制提供了重要见解。
引用
@article{arxiv.2511.07279,
title = {From Fresh to Salty: How Ions Modulate Solvent-Mediated Interactions between Grafted Silica Nanoparticles in Water},
author = {Yuvraj Singh and Chandan K. Choudhury and Rakesh S. Singh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.07279},
year = {2025}
}