异种荷电胶体球间有效相互作用中离子价态效应的研究

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胶体、核酸和蛋白质等往往带有大量电荷而成为聚电解质,聚电解质所处的盐溶液环境可以调节其间的有效相互作用,从而对胶体、核酸和蛋白质等聚电解质的结构组装和结构稳定性有着至关重要的作用。本文利用蒙特卡洛模拟方法,研究了异种荷电胶体球间有效相互作用中的离子效应,取得了以下创新性成果:1.研究了异种荷电胶体球间有效相互作用中高价离子效应。本文通过广泛蒙特卡洛模拟发现,在低浓度高价盐条件下异种荷电胶体球相互吸引,而这种有效吸引会被高浓度高价盐调控为有效排斥作用。本文模拟还发现,这种有效排斥作用与盐离子价态z间存在非单调关系:当盐离子价态z从2增加到3时异种荷电胶体球间有效排斥作用会增强,而当盐离子价态z由3增加到4时胶体球间有效排斥会减弱。微观分析表明,异种荷电胶体球间有效排斥对盐离子价态的非单调依赖性来自于当离子价态z由3增加到4时,带有正负凝聚离子的异种荷电胶体球间静电吸引的急剧增强。进一步,我们加入正离子-负离子局域排斥势进行蒙特卡洛模拟,发现正离子-负离子局域排斥势的加入减弱了带有凝聚离子胶体球间的静电吸引作用从而增强了有效排斥,且这种增强对高价态离子情形更为显著。2.研究了单价盐溶液中异种荷电胶体球间的有效相互作用。本文通过蒙特卡洛模拟发现,在低浓度1:1盐溶液中异种荷电胶体球相互吸引,且这种有效吸引随着盐浓度的增加而减弱。有趣的是,当盐浓度增加到很高(如2 M)时,异种荷电胶体球间的有效吸引转变成明显的有效排斥。微观分析显示,这种有效排斥来自于过中和的胶体球靠近过程中,凝聚离子的释放导致凝聚离子-胶体球间静电吸引能的损失。
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