可實現親-疏水可逆調控的新型“白石墨烯”納米材料誕生
2016-07-04 來源：中國船舶工業綜合技術經濟研究院 志
材料的親-疏水特性分別由不同的微觀特征所決定。比如壁虎身上無數的細小毛發可以有效地防止水分浸濕；而設計用于空氣集水的經過特殊處理的棉花則包含數百萬計的小孔，以便于吸收水分。瑞士蘇黎世大學的科學家團隊研制出一種新型材料，只需通過加電就能夠實現材料親-疏水兩種狀態下的自由轉換。該研究發表在近期的《自然》期刊上。
這種新材料由銠基體上構造出蜂巢狀的氮化硼（又稱“白色石墨烯”）納米網構成，單層納米網厚度0.1納米，網間距3.2納米。通過改變單層碳化硼的原子角度，能夠在加電/不加電的情況下，實現從親水到疏水的轉變。具體而言，該材料可通過改變納米結構，改變原子表面的靜態阻力（一種狀態是高粘滯的親水態、另一種狀態則是低粘滯的疏水態），進而改變其親/疏水狀態。
當對該材料施加電壓時，氮化硼納米網就會平整地鋪展開，極大地改變水滴與材料接觸角，表面張力不再能夠維持液滴的重力，水分子就會透過納米網。這是由于向材料施加電流時，會使氫原子聚集在碳化硼和銠元素層之間，讓納米網面結構趨于平緩。
蘇黎世大學教授烏爾思·格雷貝爾表示：理解和控制宏觀/納米尺度的相互作用，是納米科學領域的巨大挑戰。通過響應電信號的可調控，以及可觀察接觸角的納米網結構模型，使我們能夠更精準地理解液體表面摩擦力的基本現象。這或有助于我們更有效地解決“潤滑”作用中的突發問題。
這種電控行為已經在生物學上得到應用，可用于細胞微觀層面的控制和處理，在創造新型復雜的人造多細胞排列等相關科學研究方面有較大的推動作用。此外，該研究也為構造微毛細血管泵提供了技術基礎，可通過電信號對納米級管道中的壓力和流量進行控制。
這種新材料由銠基體上構造出蜂巢狀的氮化硼（又稱“白色石墨烯”）納米網構成，單層納米網厚度0.1納米，網間距3.2納米。通過改變單層碳化硼的原子角度，能夠在加電/不加電的情況下，實現從親水到疏水的轉變。具體而言，該材料可通過改變納米結構，改變原子表面的靜態阻力（一種狀態是高粘滯的親水態、另一種狀態則是低粘滯的疏水態），進而改變其親/疏水狀態。
當對該材料施加電壓時，氮化硼納米網就會平整地鋪展開，極大地改變水滴與材料接觸角，表面張力不再能夠維持液滴的重力，水分子就會透過納米網。這是由于向材料施加電流時，會使氫原子聚集在碳化硼和銠元素層之間，讓納米網面結構趨于平緩。
蘇黎世大學教授烏爾思·格雷貝爾表示：理解和控制宏觀/納米尺度的相互作用，是納米科學領域的巨大挑戰。通過響應電信號的可調控，以及可觀察接觸角的納米網結構模型，使我們能夠更精準地理解液體表面摩擦力的基本現象。這或有助于我們更有效地解決“潤滑”作用中的突發問題。
這種電控行為已經在生物學上得到應用，可用于細胞微觀層面的控制和處理，在創造新型復雜的人造多細胞排列等相關科學研究方面有較大的推動作用。此外，該研究也為構造微毛細血管泵提供了技術基礎，可通過電信號對納米級管道中的壓力和流量進行控制。
蜂巢狀氮化硼納米網結構圖：綠色球為氮原子、橙色球為硼原子，灰色球為銠原子（納米網層間距3.2納米）
材料表面七個動態接觸角測試結果疊加圖（垂直的毛細管直徑為0.85毫米）
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（責任編輯：xu）
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