局所的な閉じ込めが半希薄ポリ電解質溶液中の拡散性ナノ粒子ダイナミクスを制御している

Local Confinement Controls Diffusive Nanoparticle Dynamics in Semidilute Polyelectrolyte Solutions.

• Ali H Slim
• Ryan Poling-Skutvik
• Jacinta C Conrad

抄録

ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(NaPSS)の希薄溶液および半希薄溶液中における直径100～790nmのポリスチレン粒子の移動度を蛍光顕微鏡を用いて調べた。溶液のイオン強度を変化させることで、ポリマーのコンフォメーションを調整した。ナノ粒子の平均二乗変位は、すべての時間スケールで時間とともに線形に進化し、Fickian拡散ダイナミクスを示している。高いイオン強度の溶液では、チェーンは、ストークス-アインシュタイン図によると、バルクのゼロせん断速度粘度にランダムウォークコンフォメーションと粒子ダイナミクスのカップルを採用しています。しかし、低イオン強度の溶液では、ポリマー濃度の増加に伴い、粒子ダイナミクスはバルク予測から非単調にずれ、利用可能なモデルでは正確に予測されません。これらの非単調なダイナミクスは、粒子変位の分布の非ガウス性と直接相関しており、高分子電解質濃度の増加に伴って局所的な閉じ込め長さのスケールが出現することを示唆している。

We investigate the mobility of polystyrene particles ranging from 100 to 790 nm in diameter in dilute and semidilute sodium polystyrene sulfonate (NaPSS) solutions using fluorescence microscopy. We tune the polymer conformations by varying the ionic strength of the solution. The nanoparticle mean-squared displacements evolve linearly with time at all time scales, indicating Fickian diffusive dynamics. In solutions of high ionic strength, chains adopt a random walk conformation and particle dynamics couple to the bulk zero-shear rate viscosity according to the Stokes-Einstein picture. In solutions of low ionic strength, however, particle dynamics non-monotonically deviate from bulk predictions as polymer concentration increases and are not accurately predicted by the available models. These non-monotonic dynamics directly correlate with the non-Gaussianity in distributions of particle displacements, suggesting the emergence of a local confining length scale as polyelectrolyte concentration increases.