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防水/不防水:单层网状纳米新材料可通过电流改变这一特性

通常情况下,物质的防水/吸水特性,已经被它们的微观行为所限定。举例说,壁虎身上无数的细小毛发,可以帮助它有效地摆脱水分;而专门处理过后的棉花(含有数以百万计的微小孔隙),则可以从空气中吸收水分。不过现在,研究人员们已经打造出了一种只需对其加电、就能够在防水/吸水两种状态下自由切换的新型材料。

通过改变单层碳化硼的原子角度,这种新型材料能够在加电/不加电的情况下,实现从防水到不防水的转变。它由瑞士苏黎世大学的TU Wien科学家团队(以及KU Levin)开发,加电后就可以从纳米结构的层面上改变亲水/疏水的性状。具体说来就是,新材料可以改变原子表面的静态阻力(静摩擦),一种状态是高粘滞(亲水)、另一种状态则是低粘滞(疏水)。

由氮化硼纳米网织造的“超级蜂窝”,绿点为氮、橙点为硼、灰色为铑原子。要改变粘滞的程度,可以在铑元素基板上编织出一张蜂窝状的单层氮化硼网面(又称“白色石墨烯”)。其深度约为0.1纳米、格间距为3.2纳米。当对这个结构施加电压时,网面就会平整地铺展开,从而极大地改变水滴与原子的接触角度。表面张力不再能够维持,液滴就在网面上失去了支配力。加电时,电流会让氢原子堆积在碳化硼和铑元素层之间(分子均匀分布),让纳米网面结构趋于平缓。

上图为其在加电后的平面状。为了观察这一过程、区分蜂窝网面的形状(加电/不加电)、及其与液体的直接接触,研究人员们使用了一台隧穿电子显微镜。苏黎世大学教授Urs Greber表示:理解和控制宏观/纳米微观层面的相互作用,在纳米科学领域是一场切实的挑战。而可电切换、可观察接触角的纳米网面系统模型,使我们能够更精准看到解液体表面摩擦力的基本现象。

举例来说,这或有助于我们更有效地解决突然出现的‘润滑’问题。研究人员们已经在生物学上见识过这类电控行为,这种效应可用于细胞微层面的控制和处理,创造出更新更复杂的人造多细胞排布、并推动相关科学研究。此外,这种效应也是打造微毛细血管泵的技术基础,纳米管中的压力和流量均可通过电力轻松控制。有关这项研究的详情,已经发表在近期出版的《自然》(Nature)杂志上。

来源:石墨烯资讯网

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