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  作為最弱的非共價鍵作用之一，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高分子重復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）作為目標分子，可以有效地增加力信號的持續(xù)時間；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單元與固體表面范德華力示意圖；(b)重復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?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。當把高分子鏈從表面上揭起來時，其重復單元會依次脫附。由于均聚物上每個重復單元的脫附力一致，因此可以得到恒定的脫附力平臺，進而可以推算出單個重復單元和基底之間的范德華力（圖1）。

  實驗結(jié)果表明，高分子每個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；對于具有更大尺寸的高分子重復單元，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。這些實驗結(jié)果得到了理論計算的支持。本研究采用的實驗方法有望用于在單分子層次上探測其他類型的非共價鍵作用（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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