-儀器型號: NANOTRAC FLEX, BELSORP-mini X, ZETA POTENTIAL ANALYZER STABINO ZETA
背景介紹:
隨著科技日新月異，許多新穎材料的問世，一種固定了聚合物刷（一種有機-無機雜化材料）的顆粒有望同時表現出有機材料的柔韌性和輕薄重量以及無機材料的耐熱性和耐久性，為了驗證這個想法，對其結構的評估便十分重要，在這裡，我們提出了一種通過氣體吸附、動態光散射和流動電位方法對固定聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 形成的核殼型聚合物刷 (PMMA-CeO2) 進行結構評估（如下圖一所示）。
測量:
作為研究對象的CeO2-PMMA顆粒是透過原子轉移自由基結合法(ATRP)合成，其程序為先將聚合化起始物BHE固定在CeO2 (SEM 平均顆粒大小為200 nm) 形成CeO2-BHE再進行後續的共價修飾聚合。
本次測量中的等溫吸脫附實驗是使用配備自由空間連續測量系統的比表面積/孔分佈測量設備BELSORP-miniX 進行；粒徑分佈則使用外探針型動態光散射(DLS)法的粒徑分佈測量設備NANO-FLEX進行測量，最後使用能夠對應各種濃度進行測量的分散性測定儀Stabino測量流勢電位。
結果與討論:
如果從單純CeO 2顆粒吸附等溫線觀察 (見下圖二)，在相對高壓力側的吸附/脫附分支上可以看到滯後(hysteresis)現象，並可以此確認顆粒之間存在空間，而當我們將PMMA 固定在顆粒表面將導致其和N2之間的相互作用減少，並使等溫線形式從 I+IV 型變為 III 型。另一方面，接枝密度（σ：chains/nm2）是聚合物刷狀態的重要參數之一，定義為高分子量分子鏈相對於顆粒總表面積的數量，如此計算的接枝密度為σ=1.15 chains/nm2，如果加上通過吸附等溫線的t-曲線分析確定的表面積，則獲得0.4 chains/nm2 的值，而從t-plot 確定的 CeO2總表面積為 133 m2/g，且外表面積為 15.5 m2/g，可推算出微孔平均尺寸為 1.2 nm，已知BHE 分子大小約為1 nm，可以推測PMMA 很可能大部分固定在外表面，因此，我們可以說如果使用粒子密度來確定σ往往會被高估，如改使用氣體吸脫附測量總表面積（對應於固定表面）可以進行更準確的測定。
後續我們以DLS法(見下圖三)鑑定CeO2顆粒的修飾過程，可以發現從修飾BHE到最後的PMMA顆粒勢逐漸變大的，以此證明修飾成功；另外我們以電勢流測量法驗證了以視覺觀察的樣品穩定性，這些種種實驗結果均有助於我們表達聚合物刷的修飾成效及其特徵。
表一、不同樣品的物理表徵
