科普專欄 / Information

防水/不防水:單層網狀納米新材料可通過電流改變這一特性

通常情況下,物質的防水/吸水特性,已經被它們的微觀行為所限定。舉例說,壁虎身上無數的細小毛發,可以幫助它有效地擺脫水分;而專門處理過後的棉花(含有數以百萬計的微小孔隙),則可以從空氣中吸收水分。不過現在,研究人員們已經打造出了一種隻需對其加電、就能夠在防水/吸水兩種狀态下自由切換的新型材料。

通過改變單層碳化硼的原子角度,這種新型材料能夠在加電/不加電的情況下,實現從防水到不防水的轉變。它由瑞士蘇黎世大學的TU Wien科學家團隊(以及KU Levin)開發,加電後就可以從納米結構的層面上改變親水/疏水的性狀。具體說來就是,新材料可以改變原子表面的靜态阻力(靜摩擦),一種狀态是高粘滞(親水)、另一種狀态則是低粘滞(疏水)。

由氮化硼納米網織造的“超級蜂窩”,綠點為氮、橙點為硼、灰色為铑原子。要改變粘滞的程度,可以在铑元素基闆上編織出一張蜂窩狀的單層氮化硼網面(又稱“白色石墨烯”)。其深度約為0.1納米、格間距為3.2納米。當對這個結構施加電壓時,網面就會平整地鋪展開,從而極大地改變水滴與原子的接觸角度。表面張力不再能夠維持,液滴就在網面上失去了支配力。加電時,電流會讓氫原子堆積在碳化硼和铑元素層之間(分子均勻分布),讓納米網面結構趨于平緩。

上圖為其在加電後的平面狀。為了觀察這一過程、區分蜂窩網面的形狀(加電/不加電)、及其與液體的直接接觸,研究人員們使用了一台隧穿電子顯微鏡。蘇黎世大學教授Urs Greber表示:理解和控制宏觀/納米微觀層面的相互作用,在納米科學領域是一場切實的挑戰。而可電切換、可觀察接觸角的納米網面系統模型,使我們能夠更精準看到解液體表面摩擦力的基本現象。

舉例來說,這或有助于我們更有效地解決突然出現的‘潤滑’問題。研究人員們已經在生物學上見識過這類電控行為,這種效應可用于細胞微層面的控制和處理,創造出更新更複雜的人造多細胞排布、并推動相關科學研究。此外,這種效應也是打造微毛細血管泵的技術基礎,納米管中的壓力和流量均可通過電力輕松控制。有關這項研究的詳情,已經發表在近期出版的《自然》(Nature)雜志上。

來源:石墨烯資訊網

(本文系轉載,并不代表本網站觀點,如涉及版權等問題,請聯系我們以便處理)

相關文章

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看