研究人员开发了高分子凝胶的微观理论

俄罗斯科学家提出了聚合物凝胶中的相变理论。它解释了两性离子水凝胶冷却后体积急剧减少的机理。结果发表在《化学通讯》(ChemComm)杂志上。聚合物凝胶具有非同寻常的特性，包括能够吸收比其大数百倍的水的能力。例如，某些水凝胶每克干凝胶能够容纳两千克水。通过改变温度或添加溶剂，可以实现各种期望的性能。这就是为什么聚合物凝胶用于工业和生物医学的原因，包括用于药物的定向递送，制造人造皮肤，儿童玩具等。

如果您使用含有大量溶剂的凝胶并逐渐降低其温度，则当达到某个温度阈值时，凝胶的体积将急剧减少，并且大量液体将从其中挤出—凝胶会塌陷(收缩)。

凝胶崩塌理论最早是由物理学家和化学家保罗·弗洛里(Paul Flory)和小约翰·雷纳(John Rehner，Jr.)于1943年提出的，随后由科学家田中刚(Tyyoshi Tanaka)提出。经典理论的一个缺点是它没有考虑到聚合物链的分子结构的特殊性。

新理论是由俄罗斯科学家团队(由MIEM HSE教授(莫斯科HSE季霍诺夫电子与数学研究所)教授Nikolai Kalikin组成)的Yury Budkov提出的。俄罗斯科学院Krestov溶液化学研究所的学生，以及莱比锡非经典化学研究所的研究员Andrei Kolesnikov。研究人员开发了聚合物凝胶的微观理论，该聚合物凝胶的每个链节都带有一个电偶极子，两个电荷的大小相等，但符号相反。

这种分子结构最常见于两性离子聚合物中，其单元带有带正电和带负电的离子基团。

作者已经表明，在足够低的温度下，聚合物单元的静电相互作用会导致凝胶塌陷。他们还命名了影响从膨胀状态到收缩状态的转变温度的主要参数：偶极矩值(每偶极长度的电荷的乘积)以及聚合物链相邻链节之间的键长与偶极长度之比。

与经典的Flory-Rehner-Tanaka理论相比，后者的结果是凝胶理论的重大进步，而经典的Flory-Rehner-Tanaka理论没有考虑聚合物链的特定分子结构。

MIEM HSE教授Yury Budkov表示：“在实践中，我们无法控制聚合物链的分子性质，但是由于我们的理论，化学家将能够提前创建具有合适性质的聚合物并控制塌陷温度。”

科学家们指出，所做的理论评估将在两性离子凝胶的现代应用中有用，例如超吸收剂，分子纳米反应器，抗菌涂层，化学电流源的导电膜，人造皮肤，人造肌肉等。

每年，ChemComm编辑委员会都会筛选来自全球不同化学领域的年轻研究人员，并邀请他们发表在《新兴研究者》特刊上。今年，尤里·布德科夫(Yury Budkov)是理论和物理化学领域的受邀年轻科学家之一。

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