动态光散射粒度分析中电压的应用

本方案研究在溶液中施加电压条件下用于电化学传感器的刺激响应性聚合物的变化，可观察刺激响应性聚合物所受的影响。该技术的优势在于操作简便，可用于观察施加电压时聚-NIPAM 的动态行为。在施加电压条件下对聚合物和颗粒的分析在传感器、柔性机器人和能量存储领域具有应用价值。

新学员应仔细准备样品，并在使用比色皿时避免产生气泡，以获得最佳的数据采集效果。由于动态光散射分析操作简便，容易疏忽大意，因此需格外注意，因为实验步骤中的微小变化可能导致数据波动。为进行DLS分析，将10毫克聚合物粉末溶解于10毫升过滤后的去离子水中，并将混合物在4°C条件下保存过夜。

准备动态光散射（DLS）比色皿时，从单面铜胶带上裁剪出两段尺寸为6.3毫米×7厘米的胶带，用镊子将每段胶带粘贴至DLS样品比色皿内壁相对的两侧，使其垂直于光路方向，胶带底端靠近比色皿底部。将铜胶带边缘折向比色皿顶部，确保铜胶带位于比色皿顶端附近，以保证良好的电接触。随后用去离子水清洗比色皿三次，最后一次清洗后用实验室擦拭纸吸去多余水分。

设置动态光散射（DLS）仪器控制时，次日早晨向已准备好的比色皿中加入 1.5 毫升去离子水，并向比色皿中加入两滴标准溶液。将比色皿插入比色皿架中，注意比色皿顶部的小箭头需与比色皿架对齐，然后盖上盖子。在仪器软件中选择“测量”，并将温度设定为实验起始温度。

测量完成后，冲洗比色皿，并将制备好的聚合物测试溶液过滤至比色皿中。然后按照刚刚演示的方法装入并测量比色皿。应观察到初始测试溶液的清晰测量结果。

在仪器软件中，选择文件和新建，以建立新的标准操作程序，并点击测量类型，选择趋势、温度和粒径。在材料项下，选择合适的材料和折射率。在分散剂项下，选择合适的溶剂。

在“序列”中，为加热和冷却实验分别设置起始温度和终止温度。然后取消勾选“返回起始温度”选项。选择每个温度步进变化的间隔，并在“尺寸测量”下设置平衡时间。

自动选择三个测量时长的测量值，然后保存方案并关闭文件。如果需要施加电压，请选择两根足够细的导线，使其能够穿过DLS比色皿 holder 区域右上边缘的狭缝。

将一根导线一端的绝缘层剥除，以便连接到恒电位仪。在同一根导线的另一端，焊接一个短鳄鱼夹，并将该夹子固定在比色皿上。将白色参比电极导线和红色对电极导线夹在其中一根已准备好的导线上，将绿色工作电极导线和蓝色工作传感电极导线夹在另一根已准备好的导线上。

将橙色对电极和黑色接地电位仪引线悬空放置，避免接触任何其他设备或材料。在Gamry软件工具栏中，点击实验（Experiment），选择E物理电化学（E Physical Electrochemistry），然后选择计时安培法（Chronoamperometry）。将预步骤、步骤一和步骤二的电压相对于参比电极设置为在整个比色皿区域上施加的电压。

将所有三个步骤的电压设置为相对于参比电极为一伏。设置步骤一和步骤二的时间以控制电压施加的持续时间，并设置采样周期以选择图表读取和记录电流与电压值的频率。点击“确定”。将显示一个活动标志，表明正在施加电压。

在马尔文DLS软件中，单击“测量”，然后单击“启动标准操作程序（SOP）”。当标准操作程序窗口底部的文本显示“插入样品池并准备就绪后按启动”时，单击“启动”按钮以开始实验。在温度梯度程序的每次运行中，每个实时文件输出均可独立选择，以查看体积尺寸和相关系数。

具有大致平滑曲线的相关性图被视为高质量数据，而非平滑的图或低质量数据应考虑从分析中剔除。如观察结果所示，聚-NIPAM 在 30 摄氏度时表现出低临界溶解温度（LCST），该温度接近文献报道的数值。在无电压条件下，聚-NIPAM 能够在测试的温度范围内发生聚集和解聚，并恢复至其原始尺寸，表现出预期的可逆性。

在施加电压的情况下，聚-NIPAM 会从可溶状态聚集为约 2,000 纳米的颗粒，随后在冷却过程中减小至约 1,000 纳米的尺寸，但不再恢复至原始的可溶状态。此处展示了聚-NIPAM 在施加电压并进行加热和冷却实验时的当前数据，与先前数据相对应。在本实验中，26 摄氏度是聚-NIPAM 的一个关键相变温度点，此时通过动态光散射（DLS）观察到了相变现象。

在40摄氏度时，测量过程中达到的最高温度出现在冷却循环之前。如果未对电流进行仔细监测，数据可能会被误读甚至误解。例如，在本项分析中，电压仅被随机且间歇性地施加，导致结果趋势更接近于无电压条件下的情况。

标准样品是评估实验装置和数据质量的有用指标。标准样品结果干净，表明实验成功完成的可能性更高。研究人员可利用此方法测试聚合物或其他电化学响应性聚合物在施加电压条件下的聚集行为。

我们目前正在研究为何会出现低临界溶解温度（LCST）的偏移，以及为何发生不可逆的聚集行为。我们期望这一科学问题能够为深入理解LCST行为提供更深刻的见解。