當液體遇到氣體時，就會形成一個獨特的區(qū)域。分子本質(zhì)上是可變的，可以從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)，以獨特的方式結(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溶液中分子濃度的增加，氣液界面在自然界和工程中無處不在。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用。
大阪府立大學的研究人員開發(fā)出首個納米級可控氣液界面。他們于 10 月 14 日在Nano Letters上發(fā)表了他們的設計和實驗結(jié)果。
論文作者、大阪府立大學工程研究生院化學工程副教授徐彥說：“無論是工程設計還是在自然界中發(fā)生，氣液界面在眾多化學和生物過程中都發(fā)揮著重要作用。”“例如，納米級氣液界面在碳納米管和多孔膜中隨機生成，但制造可控的納米級版本仍然具有挑戰(zhàn)性，因為納米流體通道太小而無法使用傳統(tǒng)的表面控制方法。”
徐說，流體裝置可幫助研究人員捕獲目標分子并檢查特定屬性，以及通過精確控制幾何形狀設計的納米級通道進行力相互作用。
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，但幾乎從未探索過它對納米流體通道的適用性，”徐說。
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，玻璃的光學透明性、熱穩(wěn)定性和機械強度等特性使其成為適用于廣泛學科的有利材料和納米流體學的理想材料。
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，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”集成的技術制造的，該技術由研究人員開發(fā)，允許在微小的納米流體通道中對更小的功能性納米圖案進行精確圖案化。
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。人眼看不見的大小不一的納米通道位于中心，夾在形狀像兩個馬蹄鐵的液體引入系統(tǒng)之間。
為了測試疏水處理，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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