上海光源在納米氣泡研究方面取得進(jìn)展
上海光源軟X射線組in-house研究團隊發(fā)現(xiàn)了不同親疏水性的納米周期性結(jié)構(gòu)對納米氣泡的生長位置和界面性質(zhì)具有較好的調(diào)控作用,理論模擬結(jié)果和實驗?zāi)軌蚝芎玫匚呛,并對實驗結(jié)果進(jìn)行了深入的解釋。該工作發(fā)表于Nanoscale (Lei Wang et., Formation of Surface Nanobubbles on Nanostructured Substrates, Nanoscale, 2016,doiDOI: 10.1039/C6NR06844H)。
固體界面性質(zhì)對納米尺度下氣體在固液界面上的聚集行為有著重要的影響,已成為表面化學(xué)、膠體化學(xué)、流體動力學(xué)、環(huán)境和生命科學(xué)等多個領(lǐng)域的研究熱點。近二十年來,關(guān)于固液界面納米氣泡為什么能夠穩(wěn)定存在和與宏觀尺度下相比較大的界面接觸角是當(dāng)前研究的熱點和急需解決的關(guān)鍵問題。其中,不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基底是影響納米氣泡在固液界面吸附以及穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。 基于以上原因,上海光源軟X射線組聯(lián)合培養(yǎng)研究生王磊在副研究員張立娟的指導(dǎo)下,通過和物理與生物學(xué)實驗室胡鈞課題組和上海光源XIL線站科研人員密切協(xié)作,制備了系列不同周期、不同疏水性質(zhì)的納米結(jié)構(gòu),利用原子力顯微鏡(AFM)以及分子動力學(xué)模擬對納米周期性結(jié)構(gòu)對界面納米氣泡生成和穩(wěn)定的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究。實驗發(fā)現(xiàn)對于較疏水的結(jié)構(gòu),納米氣泡主要在疏水的結(jié)構(gòu)上生成,氣泡大小受限于疏水結(jié)構(gòu)的尺寸,納米氣泡接觸角隨結(jié)構(gòu)尺寸變小而變小。而對于疏水性差的納米結(jié)構(gòu),納米氣泡雖然也在疏水表面上生長,但大小和位置不能嚴(yán)格受限于結(jié)構(gòu)尺寸。這些發(fā)現(xiàn)必將有助于對納米氣泡穩(wěn)定機制的深入理解,將為探索納米氣泡在微流器件方面的實際應(yīng)用提供實驗基礎(chǔ)。 該研究工作得到了上海光源軟X射線線站(BL08U1)、中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所物理與生物學(xué)研究室、國家自然科學(xué)基金委、上海超算中心的大力支持。 ![]() 圖1:一維結(jié)構(gòu):溝槽結(jié)構(gòu)上生長納米氣泡前(左圖)后(右圖)的AFM圖像。結(jié)構(gòu)周期為500 nm,線條400nm。 ![]() 圖2:二維點陣結(jié)構(gòu):生長納米氣泡前(左圖)后(右圖)的AFM圖像。結(jié)構(gòu)周期為138nm,孔的直徑為70nm。 ![]() 圖3:理論模擬結(jié)果 |