當(dāng)液體遇到氣體時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)獨(dú)特的區(qū)域。分子本質(zhì)上是可變的，可以從一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)，以獨(dú)特的方式結(jié)合到所需或不需要的末端。從一杯咖啡的熱量逸出到化學(xué)溶液中分子濃度的增加，氣液界面在自然界和工程中無(wú)處不在。但是直到現(xiàn)在，缺乏能夠精確控制這種氣液界面的工具限制了它們的應(yīng)用。
大阪府立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出首個(gè)納米級(jí)可控氣液界面。他們于 10 月 14 日在Nano Letters上發(fā)表了他們的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
論文作者、大阪府立大學(xué)工程研究生院化學(xué)工程副教授徐彥說(shuō)：“無(wú)論是工程設(shè)計(jì)還是在自然界中發(fā)生，氣液界面在眾多化學(xué)和生物過(guò)程中都發(fā)揮著重要作用。”“例如，納米級(jí)氣液界面在碳納米管和多孔膜中隨機(jī)生成，但制造可控的納米級(jí)版本仍然具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榧{米流體通道太小而無(wú)法使用傳統(tǒng)的表面控制方法。”
徐說(shuō)，流體裝置可幫助研究人員捕獲目標(biāo)分子并檢查特定屬性，以及通過(guò)精確控制幾何形狀設(shè)計(jì)的納米級(jí)通道進(jìn)行力相互作用。
在包含比納米流體裝置大 1,000 倍的通道的微流體裝置中，可以改變通道的表面以吸引或排斥特定分子。
“這種表面改性通常用于微流體通道，但幾乎從未探索過(guò)它對(duì)納米流體通道的適用性，”徐說(shuō)。
雖然微流體裝置可以由多種材料制成，但納米流體裝置需要玻璃基板。據(jù)徐說(shuō)，玻璃的光學(xué)透明性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等特性使其成為適用于廣泛學(xué)科的有利材料和納米流體學(xué)的理想材料。
雖然本質(zhì)上是親水的，但玻璃可以制成疏水的，這是一種用于表面改性的技術(shù)，以幫助阻止樣品液體中的分子與玻璃中的分子結(jié)合。研究人員還制作了玻璃納米通道——其寬度大約為一張紙的 1/1,000——具有精確放置的親水金納米圖案，以局部吸引納米通道入口處的液體分子。金納米圖案是使用一種稱為“納米中納米”集成的技術(shù)制造的，該技術(shù)由研究人員開(kāi)發(fā)，允許在微小的納米流體通道中對(duì)更小的功能性納米圖案進(jìn)行精確圖案化。
由此產(chǎn)生的制造的納米流體裝置比郵票略大，但并不厚得多。人眼看不見(jiàn)的大小不一的納米通道位于中心，夾在形狀像兩個(gè)馬蹄鐵的液體引入系統(tǒng)之間。
為了測(cè)試疏水處理，研究人員將水推入更寬的一維 (1D) 納米通道。在未經(jīng)處理的通道中，水將使用相同的力芯吸到更窄的二維 (2D) 納米通道中，使植物在沒(méi)有任何外部壓力的情況下將水從根部分配到葉子。
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