智能响应型的聚电解质薄膜长期以来一直是人们的研究热点,它具有pH值和离子强度等条件的环境响应性,这使得它在可控性释放、电化学开关和导电薄膜等方面都有广泛的研究和应用。研究离子或带电的小分子在聚电解质薄膜中的扩散有助于优化聚电解质薄膜对其内部小分子的可控性释放,可以更好的利用导电薄膜来实现它对电荷的储存、传输和释放。由于实验手段的限制,前人大多用模拟和传统的实验方法来研究聚电解质薄膜内离子或带电小分子的运动,缺乏微观的信息。本文采用具有很高灵敏度的实验手段荧光关联光谱(FluorescenceCorrelation Spectroscopy FCS),从单分子角度来系统研究pH值、盐浓度和接枝密度等外界条件的改变对离子的扩散动力学的影响。本文的研究包括以下几个方面:　　 (1)采用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)的方法来制备两种“刷子”型的聚电解质薄膜:聚(2-甲基丙烯酰基氧乙基)三甲基铵(强聚电解质刷)和聚(N,N-二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯)(弱聚电解质刷)。　　 (2)利用液相原子力显微镜原位研究聚合物刷的pH值和盐浓度的响应性。　　 发现强聚电解质刷膜厚随着盐浓度的增加先保持不变,而当外加盐离子浓度增大到等于聚合物刷内抗衡离子的浓度时,静电屏蔽作用使聚合物刷发生塌缩。和一价盐离子相比,二价盐离子在较低的浓度下就使聚合刷发生塌缩。　　 发现弱碱性聚电解质刷随着pH值的减小表现出先溶胀后塌缩的非单调的变化,这主要是由于链段的逐渐电离使链伸展,之后酸的继续加入带来静电屏蔽作用又使聚合物刷塌缩;发现弱聚电解质刷随盐浓度的变化趋势与pH值有关,较低pH值下充分电离的弱聚电解质刷表现出像强聚电解质刷一样的溶胀规律,较高pH值下随着盐浓度的增加,它先溶胀后塌缩,这是在不同的盐浓度区间促进电离效应和静电屏蔽效应分别作用的结果。　　 (3)采用带负电的荧光分子Sulforhodamine B作为探针,以荧光关联光谱为主要表征手段来研究不同pH和盐浓度条件下离子在聚电解质薄膜内部的动力学行为。　　 发现强聚电解质刷内探针的扩散系数随盐浓度的增加逐渐降低,这是由于膜厚的降低导致链段密度升高,使探针分子受到更强的静电作用的结果。发现实验测到的扩散主要来自外层聚合物刷中的探针分子的贡献,外层聚合物刷的塌缩有效地降低了扩散系数而对整体聚合物刷的膜厚改变较小。吸附在聚合物刷表面的带相反电荷的聚电解质分子使探针的扩散减慢验证了上面的模型。　　 发现弱聚电解质刷内探针分子的扩散系数随pH值/盐浓度的变化趋势和膜厚相同:膜厚增加带来内部含水量的升高,探针分子可自由运动空间的增大加快了扩散。膜厚降低使探针运动空间受限,膜内增大的链段密度使探针扩散减慢。　　 (4)采用纳米球刻蚀印刷法和表面引发ATRP的方法结合,成功制备具有pH响应性的图案化的聚电解质刷。