纳米技术现在 - 新闻稿：研究人员根据分子力重新定义液体和固体层如何粘在一起：新研究揭示了分子间力如何告知智能材料的设计

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纯液体表面张力与内部润湿阈值信用纳米研究之间的关系

抽象的：
中国科学院的研究人员最近的一项研究重新定义了液体如何从分子间力的角度来保持其与固体表面的接触 - 也称为润湿性。

研究人员重新定义了液体和固体层如何根据分子力粘在一起：新研究揭示了分子间力如何告知智能材料的设计

中国北京|发表于2022年4月8日

研究结果于2月8日发表在纳米研究中。

润湿性与材料的设计有关，因为它决定了层如何粘在一起。研究作者兼Ye Tian教授是生物启发材料和界面科学的主要实验室，它在许多领域中扮演至关重要的作用，例如催化反应的效率，分离，电极材料和仿生智能材料的设计。

润湿性模型

高润湿性意味着液滴散布，与表面产生低接触角，而低的润湿性描述了一种抵抗散布的液体。从传统上讲，通过接触角度指示的润湿性是使用Youngs方程来表征的，该方程模拟了理想的，完美光滑的表面。如果水滴散布到低于90度的接触角，则表面被归类为亲水性或热爱水。如果水滴的接触角高于90度，则表面被归类为疏水。

但是，Young的模型在解释与固体表面接触的液体行为方面有局限性。例如，它无法解释为什么表面粗糙后的水接触角增加，这是在后来的温泽尔和卡西模型中描述的。该研究作者进一步研究了浸入分子水平的纯液体中的固体表面的相互作用，以更好地了解液体散布或珠子的固有润湿阈值（IWT）。说田（Tian）``一系列研究发现，在水中的极性表面和亲水性排斥之间可以存在疏水性吸引力，也就是说，IWT应该依赖分子间力。

固有的润湿阈值

研究人员尝试了由不同液体中的单分子厚层（自组装单层或SAM）组成的固体相互作用，以研究如何润湿性影响其吸引力或排斥。他们选择水，乙二醇（例如），二甲基亚氧化二甲基亚氧化物（DMSA）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作为测试液体，以代表一系列表面张力。使用原子力显微镜，它们测量了每种液体中SAM之间的粘附力的力曲线。使用接触角系统对每种液体的1μl液滴进行接触角，该液滴是测量分析液滴形状并与固体接触角的设备。

结果表明，对于水而言，内在的润湿阈值（IWT）以65的接触角出现，而不是固体，而不是Youngs方程预测的90。换句话说，65。是亲水性和疏水行为之间的界面点，这与阈值两侧的水的氢键网络的差异有关。同样，他们发现水层和硬表面（SAM）之间的粘附力差异，其接触角约为65。田解释说：``从对称的SAM之间的相互作用的角度来看，纯水的IWT约为65。

其他有机液体缺乏氢键，但IWT仍然是通过查看硬表面（SAM）之间的粘附力的变化以及接触角而获得的。结果提供了``IWT的新曲线，与Youngs方程所定义的值不同，该值可用于预防具有已知表面张力的纯液体的IWT。

下一步

研究人员计划继续研究分子水平的润湿机制，鉴于功能材料的设计有重要应用。蒂安（Tian）预测，在重新定义了IWT相对于年轻的历史方程式中，他们希望``提供一种新的观点，以了解润湿性与分子间力之间的关系。''预测。

该论文的作者是Yulong Li，Shaofan He，Zhe Xu，Zhonglong Luo，Hongyan Xiao，Ye Tian和Lei Jiang。

这项研究是由中国国家自然科学基金会，Frontier Science Foundation，国家基本密钥项目研究基金和中国博士后科学基金会资助的。

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