能在疏水和親水之間自由切換的材料

知識 07-06

「就像由單層碳原子構成的石墨烯材料一樣，我們的氮化硼材料由等量的氮原子和硼原子構成，其厚度也是單層原子。」蘇黎世大學物理研究所的 Thomas Greber 表示。這層超薄材料可以生長在銠單晶上。

銠單晶表面的原子以及氮化硼里的原子均形成了一個邊角形結構。不過兩種材料各自的原子間距是不同的。氮化硼中13個原子所佔體積和12個銠原子所佔體積相同，如此一來兩種晶體無法完全契合。由於這種不匹配，氮化硼六角形必然會彎折，形成了一種波長為3.2納米、高度為0.1納米的靜止波浪。

Stijn Mertens 表示，「正是這種二維納米波影響了水對錶面的潤濕。」此外，氮化硼的超結構可由一個簡單的方法撫平：浸沒到酸液里然後施加電壓，氫原子在單層氮化硼下面運動，會改變氮原子和銠原子間的化學鍵。這個過程能把氮化硼撫平。

這樣，水滴在材料表面的附著能力就會立刻發生巨大的變化，即便水滴比氮化硼的微小波浪結構大100000倍。減小電壓，這個效應就會反轉。Stijn Mertens 解釋道，「我們可以讓材料表面在兩個狀態間反覆切換。」

為了在施加電壓的同時研究材料表面的潤濕性能，研究人員專門搭建了一種儀器。液滴通過一個極細的玻璃管被滴到材料表面。液滴可變大變小，同時它的形狀被記錄了下來。液滴是扁平還是滾圓，取決於材料表面的性質。

可在親水和疏水狀態間切換的材料概念已經出現了一段時間了。比如，當某種色光照射時，一些有機分子的形狀會發生變化，人們把這種分子製成了材料表面。但是，這種分子比這篇文章中描述的材料更加複雜易碎。

「我們的表面僅由單層原子構成，它是完全無機的，即使我們把它在真空中加熱到1000°C時也不會發生變化，」 Stijn Mertens and Thomas Greber 表示，「這意味著這種材料也可以用於有機分子容易遭到破壞的場合，無論是日常生活還是太空旅行。」

來源：維也納科技大學

翻譯：徐寒易

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