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  作為最弱的非共價(jià)鍵作用之一，范德華力普遍存在于分子之間，對納米結(jié)構(gòu)有重要的影響。雖然在近幾十年內(nèi)，表面-表面（或?qū)?層）之間的范德華力已經(jīng)被成功測量，然而單分子層次上的范德華力測量依然非常困難。首先，單個(gè)小分子的尺寸太小，不易捕捉和操縱；其次，范德華力的作用距離又非常短（通常小于1 nm），這都給單分子層次上的范德華力的測量增加了難度。

  西南交通大學(xué)崔樹勛教授課題組最近在這一研究領(lǐng)域取得了突破。他們利用單分子力譜技術(shù)，在高真空環(huán)境中成功探測了單個(gè)高分子重復(fù)單元和固體表面的范德華力。通過將小分子串成一串（即高分子鏈）作為目標(biāo)分子，可以有效地增加力信號的持續(xù)時(shí)間；高真空環(huán)境可以排除溶劑以及表面吸附水對力探測的干擾，大大簡化了被操縱分子的受力分析。

圖1. (a)高真空中測量高分子重復(fù)單元與固體表面范德華力示意圖；(b)重復(fù)單元尺寸不同的高分子在不同的固體表面上的脫附力（范德華力）力值。藍(lán)色：聚(N,N-乙基甲基丙烯酰胺)，PEMA；紅色：聚(2，3-二氫呋喃)，PDHF。

  通過選用適當(dāng)?shù)母叻肿雍凸腆w表面，使得分子-表面之間只能形成范德華力作用。高真空條件下，高分子會以平躺構(gòu)象吸附在固體表面。當(dāng)把高分子鏈從表面上揭起來時(shí)，其重復(fù)單元會依次脫附。由于均聚物上每個(gè)重復(fù)單元的脫附力一致，因此可以得到恒定的脫附力平臺，進(jìn)而可以推算出單個(gè)重復(fù)單元和基底之間的范德華力（圖1）。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高分子每個(gè)單體與基底表面的范德華力在21~54 pN之間，而且力值與固體表面的性質(zhì)以及高分子的重復(fù)單元尺寸均有關(guān)。對于具有更大哈梅克常數(shù)(Hamaker constant)的固體表面，分子-表面之間的范德華勢能更大，因此范德華力更強(qiáng)；對于具有更大尺寸的高分子重復(fù)單元，由于范德華力具有可加和性，分子-表面之間的范德華力也會更強(qiáng)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了理論計(jì)算的支持。本研究采用的實(shí)驗(yàn)方法有望用于在單分子層次上探測其他類型的非共價(jià)鍵作用（如氫鍵、π-π作用等）。

  相關(guān)成果以“Detecting van der Waals forces between a single polymer repeating unit and a solid surface in high vacuum”為題發(fā)表于Nano Research 2018, DOI：10.1007/s12274-018-2176-8。論文的第一作者為蔡皖豪博士生，通訊作者為崔樹勛教授。

  論文鏈接：

  https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-018-2176-8

  http://www.thenanoresearch.com/work_asap.asp

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