你有没有注意过，隐形眼镜晾干后会起皱，失去形状，但如果把它放回隐形眼镜护理液中，它会恢复到原来的形状?许多天然和人造材料的功能和性质取决于它们吸收和释放水的能力。隐形眼镜就是一个例子，但食品和化妆品中的增稠剂和乳化剂，以及过滤装置，都取决于材料的补水和脱水能力。因此，在研究和产品开发中，研究这些材料的膨胀过程是高度相关的。这是可以做到的QCM-D，这是一种表面敏感技术，可用于表征和优化薄膜中的水吸收和释放过程。
薄膜中含水量可达95%，这取决于薄膜表面的分子和分子构象。例如，图1所示，细长的分子平面吸附在表面上。具有这种分子排列的层只会有少量的水，而如果它们以直立的方式吸附，更多的水将能够耦合到分子上。分子层的水合和脱水，以及这两种状态之间的过渡，可以用QCM-D来描述，其中吸水和膨胀被感觉为表面质量的增加。
图1所示。分子平面吸附在表面(左)比垂直吸附(右)的溶剂较少。
举个例子，让我们看看淀粉膜的水分吸收情况。淀粉是一种重要的成分，例如在造纸工业和可食用薄膜的设计中。在这两个领域，环境湿度对材料强度和质量的影响是一个核心问题。在纸张的环境中，溶解度应较低，以便纸张质量在环境湿度范围内稳定。另一方面，对于食用材料，材料应该溶解，并且溶解度需要高于特定的环境湿度。
在这个例子中1，我们将天然马铃薯淀粉薄膜暴露在不同湿度的空气中，测量薄膜厚度的变化，如图2所示。
该测量显示了湿度如何引起薄膜膨胀并影响厚度。这些结果让我们深入了解了材料在不同湿度条件下的表现。
图2。分析蒸汽吸收和薄膜膨胀。
除了纸浆和造纸工业之外，蒸汽吸收和薄膜膨胀的测量也与使用吸湿材料的许多其他领域有关。例如用于储存和递送的药物封装以及水敏感应用，例如在耐湿装置中材料的设计中，材料的特性必须不受环境湿度变化的影响。膨胀现象也发生在许多其他情况下，例如在表面活性剂诱导土壤膨胀的清洗过程中，以及在智能材料的设计中，这些材料对pH值、温度或离子强度有响应。
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