复旦大学徐一飞团队利用冷冻透射电镜实现水性聚合物涂层成膜过程的原位观测

主要观点总结

本文介绍了纸包装材料因可降解、可回收特性成为替代塑料包装的理想选择，但纸张的多孔性和亲水性限制了其直接用作包装材料。水性聚合物涂层作为一种环保解决方案，能够提高纸张的阻隔性能和耐水性。然而，涂层形成过程中的动态变化难以被传统表征方法捕捉。最近的一项研究利用冷冻透射电镜技术（cryoTEM）揭示了聚合物纳米粒子在成膜过程中的动态变化，这是首次在纳米级分辨率下准原位观察聚合物粒子成膜过程的研究。

关键观点总结

关键观点1: 纸张作为包装材料的局限性及其水性聚合物涂层的解决方案。

纸张的多孔性和亲水性限制了其作为包装材料的性能，而水性聚合物涂层能够形成保护膜，提高阻隔性和耐水性。

关键观点2: 涂层形成过程的复杂性及传统表征方法的局限性。

涂层形成涉及多个步骤，传统表征方法无法提供纳米级分辨率的动态信息，难以揭示关键事件，如缺陷形成和内部不均一性演变。

关键观点3: 利用cryoTEM技术揭示成膜过程的动态变化。

研究利用冷冻透射电镜技术（cryoTEM）直观地展示了聚合物纳米粒子在成膜过程中的动态变化，并揭示了纳米级非均一性结构的演变过程。

关键观点4: 研究方法和挑战。

主要难点在于制备厚度约100 nm的样品，尤其是当溶液粘稠时。研究人员通过对制样条件进行优化，成功捕捉了关键变化，并利用电子断层扫描技术展示聚集体及其演变过程。

关键观点5: 研究的意义和潜在影响。

该研究填补了水性聚合物成膜过程高分辨观测的实验空白，为更准确的分子间相互作用提供了强有力的证据，将促进水性涂料的优化和设计。

文章预览

随着可持续发展理念的深入人心，纸包装材料因其可降解、可回收等特性，成为替代塑料包装的理想选择。然而，纸张本身的多孔性和亲水性限制了其直接用作包装材料。水性聚合物涂层作为一种环保的解决方案，能够在纸张表面形成一层保护膜，有效阻隔水汽、氧气、油脂等物质，从而提高纸张的阻隔性能和耐水性，具有广阔的应用市场和发展前景。然而涂层的形成过程是一个动态复杂的过程，涉及多个步骤，包括聚合物粒子聚集、变形、融合、聚合物链互相穿插形成连续的聚合物膜等。传统的表征方法，如荧光光谱法、小角X射线散射法等，均无法提供纳米级分辨率的动态信息，更难以揭示材料形成过程中的关键事件，如缺陷的形成、内部不均一性的演变等。 2024年12月23日， Small Methods 在线发表了题为“Heterogeneity During the Formation of Waterborne Barri ………………………………