在环境工程、能源地质和生物界面等领域，胶体颗粒在固液界面上的附着行为直接影响污染物迁移、油气开采和材料性能。传统理论常基于均匀表面假设，但实际材料表面普遍存在纳米级电荷异质性，这导致胶体附着行为呈现显著的空间不均一性。如何定量表征并理解这种异质性对界面力的影响，一直是胶体界面科学中的难点。

中国石油大学（北京）杨钰龙教授团队针对胶体-表面粘附力的空间变异机制开展系统研究，通过建立表面电荷异质性分布与粘附力空间变异的定量关系，为理解复杂界面系统中的胶体行为提供了新的视角。

针对该团队对于胶体-表面相互作用力原位定量表征的研究需求，能谱分析平台采用原子力显微镜（AFM）胶体探针技术，制备了羧基化聚苯乙烯微球胶体探针，并在液相环境中开展了胶体探针与亲水性二氧化硅基板之间的力学测试。实验在20×20 μm区域进行256点网格测量，系统研究了不同盐浓度（0.001–0.1 M NaCl）下粘附力的空间分布特征。AFM胶体探针技术实现了在液体环境中对单个胶体与表面之间相互作用力的原位、定量、空间分辨测量，直接捕捉到因表面电荷异质性引起的粘附力波动。结合DLVO和扩展DLVO理论模拟，建立了表面电荷异质性分布与粘附力空间变异的定量关系。

该研究成果可广泛应用于地下水污染治理、油气田开发、膜分离技术等领域，通过调控表面电荷分布来优化胶体附着行为，为功能性界面材料的设计和工程应用提供科学指导。该成果以“Probing spatial variation in AFM-measured adhesion: Implication of distributed nanoscale charge heterogeneity”为题发表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects期刊上。

图1 杨钰龙副教授团队“胶体-表面粘附力的空间变异机制”研究成果截图