更靈敏的手機觸摸屏，源自自組裝

材料牛注：愛荷華大學的化學家們研究了一種有助于制造更快、更靈敏觸摸屏的分子組裝技術。研究人員指出，當分子與表面相互作用時，被稱為離子液體（一種帶電流體）的界面層比以前所知道的更厚。

你可能不會意識到當你使用手機的觸摸屏時，你已經引發了一個分子鏈反應。無論你是打開一個新窗口還是輸入文字消息，你觸摸屏幕的指尖都會發出一股電流（盡管這股電流很小），這股電流擾亂了屏幕表面精細的分子組裝行，從而傳遞出你的動作信息。但如果這些分子可以快速回跳，從而使滑動和觸摸的反應更為迅速呢？

愛荷華大學的化學研究員采用了這樣一種手段，即檢驗分子如何在帶電流體（即離子流體）表面被打亂以及它們再次快速組裝的方式。愛荷華大學的團隊在發表于本月American Chemical Society journal Langmuir的線上文章中指出，分子組裝不需擠進特定的位置，但它們進行完整的重新定位需要一定的時間，并且受表面擾動影響的分子層比以往所了解到的更厚，在某些情況下至少厚100倍。這個研究結果有助于我們更好地確定離子液體的潛在用途，包括觸摸屏、能量的存儲和使用等方面。

愛荷華大學化學系助理教授同時也是文章的共同作者Scott Shaw說：“使我們的發現變得有趣的是分子顯示出了自組裝的能力，這將使電容式觸摸屏的制作過程簡化。現在觸摸屏中的分子被強行安置在數百個片層中，我們可以把一滴離子液體放在表面上，這些分子就會自行組裝。這可能會使整個過程更快更便宜。”

離子液體具有潛在商業用途吸引力，是因為它們帶電并且很自然地形成有序化排列，就像是時刻要求精確有序的士兵一樣。相比于其他材料，由于正負電荷的存在，離子液體中的分子可以更靈敏地對外部力量（無論是手指的敲擊還是電池的電脈沖）做出反應，并且從表面觸點開始做到長程有序化。

但是這些分子如何在界面區域（即分子與表面接觸而受到影響的區域）中安置自己，以及穿透分子組裝的波紋有多深仍一個謎。先前的研究中則表明分子在離子液體的有序上限為50nm，而Shaw的團隊發現了從固體或蒸汽表面開始延伸了1000nm的有序離子液體層。

作者寫道：“大眾對于離子液體界面區域理解的化學模型是不斷發展的，我們最近的研究成果則使這一領域中變得更加有趣而又復雜。”

Shaw說，研究人員發現了擴展界面層也是偶然。Shaw實驗室的研究生Radhika Anaredy用一種緩慢旋轉的圓盤考察在產生更薄界面區域的過程中，重力和剪切力起到了怎樣的作用。經歷了一晚上的失望后，Radhika Anaredy關閉旋轉圓盤，離開了實驗室。第二天早晨當她回來測定離子液體膜時，她驚訝地發現界面層厚度為700nm，遠比任何人所期待的更厚。

正是這件事使研究人員發現，這些分子僅僅是需要更多的時間來完成組裝而已。事實上，Shaw的團隊觀察到當測試其他離子液體時，自組裝幾乎是瞬間開始的，但經過25min到2h（時間取決于具體液體）后，整個界面區域的分子也并沒有完全組裝好。

Shaw說道：“通常這些測量是在30s或2min內完成的，從來沒有人坐在那里等著這些分子出來并安置好自己。”當然，一個觸摸屏的反應時間如果直觀可感受到，那觸摸屏也就沒什么用了。Shaw還說道：“關鍵是要使排序過程更快速，現在這個過程需要至少20min，我們要讓它比現在快得多才行。”

原文鏈接：At attention, molecules! Chemists report molecules in ionic liquids arrange themselves, but it takes time

本文由材料人編輯部任丹丹提供素材，趙玲編譯，劉宇龍審核。