在材料科學中,聚合物刷是一種表面塗層,由連接在表面上的聚合物組成。這些刷子可以存在於溶劑狀態,即連接的聚合物層由聚合物和溶劑組成,或在熔融狀態下,當連接的鏈完全填滿可用空間時。這些聚合物層可以固定在扁平基材(如矽晶圓片)或高度曲面的基材(如納米顆粒)上。此外,聚合物也可以以高密度固定在另一個單一聚合物鏈上,雖然這種排列通常稱為瓶刷。此外,當聚合物鏈本身攜帶靜電電荷時,則形成另一種類型的聚電解質刷。這些刷子特徵是固定鏈的高密度,限制的空間導致鏈的強伸展。
刷可以用來穩定膠體、減少表面之間的摩擦,以及在人工關節中提供潤滑。
聚合物刷已經通過分子動力學、蒙特卡洛方法、布朗運動動力學模擬和分子理論來建模。在探討其結構時,聚合物刷中的聚合物分子因彼此排斥(立體排斥或滲透壓)而被拉遠,導致它們的結構特徵。在接合面附近,鏈被拉長,而在自由端部則相對不受拉伸。根據米爾納、維滕和凱茨的推導,給定鏈中所有單體的平均密度在某個前因子上始終相同。
自由端分布僅僅是密度剖面與乾燥刷的自由端分布的卷積。
從乾燥刷推導出任何刷的結構,這一過程的核心在於利用刷的密度剖面。具體來說,乾燥刷擁有均勻的單體密度,並且可以顯示與任何其他刷的結構之間的明確關聯。想象一下,當我們在進行聚合物的研究時,如何能透過理解乾燥刷的性質,來獲取對其他刷子行為模式的深刻洞見。
在聚合物刷的結構中,由於聚合物鏈的排斥作用,鏈的自由端會以特定的方式排列。這種排列會受到鏈的長度和密度的影響,從而導致出現不同的材料特性。在研究及實驗時,通常將這些聚合物刷應用於增強其他材料的性能,如改善潤滑性或改進材料的黏附特性。
聚合物刷的應用範圍包括區域選擇性沉積這一技術,這是一種有前途的材料自我對準技術,適用於已預先設計的表面。此技術可以使得各種材料在需要的精確位置上進行自我組裝,這對於微電子和奈米技術的發展尤為重要。
這項技術可以大大提高材料的加工精度和生產效率。