【摘要】 研究中，研究了在不同pH值和不同溶液浓度下，刷层电荷密度随刷层粗糙度的变化。

功能化纳米颗粒和纳米通道由于其独特的性质和功能，在生物医学、传感、能源、检测等领域得到了广泛的应用[1]。以前关于笔刷层的研究通常假设它是一个没有变形的平滑曲面。然而，一些研究人员探索了颗粒粗糙度对纳米颗粒表面电荷的影响。受他们工作的启发，基于Poisson-Nernst-Planck方程建立了不同粗糙度刷层修饰纳米粒子的理论模型。在研究中，研究了在不同pH值和不同溶液浓度下，刷层电荷密度随刷层粗糙度的变化。结果表明，随着粗糙度的增加，电刷层的总体电荷密度与无粗糙度的电刷层的体积电荷密度之比逐渐减小。随着浓度的增加，不同粗糙度电刷层的体电荷密度归一化将趋于1.02。当pH值接近等电点且盐溶液浓度较大时，粗糙度对体积电荷密度归一化影响的最大变化范围为0.0015。此外，我们还发现，在刷层接枝密度的影响下，刷层的归一化电荷密度在等电点附近的最大变化范围为0.00432，这表明接枝密度对电刷的影响不大。这些发现为纳米改性技术在各个领域的应用提供了有价值的理论支持。通过了解刷层粗糙度和其他因素对功能化纳米颗粒行为的影响，我们可以更有效地设计和实现适用于一系列应用的纳米材料。当PBL具有粗糙度时，与没有粗糙度的PBL相比，PBL的VCD会发生变化。因此，我们通过改变溶液条件和刷层性质来研究粗糙度对PBL的VCD的影响。随着粗糙度半径的增大，整体VCD与无粗糙度之比将逐渐减小。随着浓度的增加，不同粗糙度的PBL的VCD归一化将趋于一个稳定值。在不同pH值下，随着粗糙度半径的增大，VCD与无粗糙度的比值逐渐减小。当pH值接近IP时，PBL波峰、波谷和总刷层VCD的归一化与溶液浓度增加到某一特定值时相同，粗糙度的变化对它们影响不大。增加PBL的GD将按一定比例增加有粗糙度的PBL的整体VCD和无粗糙度的PBL的VCD之间的差异。不会改变PBL的VCD随pH值变化的规律性。

[1] Y.T. Chen, J.P. Hsu, Space charge modulation and ion current rectification of a cylindrical nanopore functionalized with polyelectrolyte brushes subject to an applied pH-gradient, J Colloid Interface Sci 605 (2022) 571–581.

[2] C. Zhou, L.J. Mei, Y.S. Su, L.H. Yeh, X.Y. Zhang, S.Z. Qian, Gated ion transport in a soft nanochannel with biomimetic polyelectrolyte brush layers, Sensor Actuat BChem 229 (2016) 305–314.

 

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