新型納米材料可通過電信號調控防水/吸水特性

近日，瑞士蘇黎世大學的科學家團隊研制出一種只需通過加電就能夠實現防水/吸水兩種狀態下自由切換的新型材料。該研究發表在近期的Nature上。

圖1 蜂巢狀氮化硼納米網結構圖：綠色球為氮原子、橙色球為硼原子，灰色球為銠原子（納米網層間距3.2納米）

這種新材料由在銠基體上構造出蜂巢狀的氮化硼（又稱“白色石墨烯”）納米網構成，單層納米網厚度0.1納米，網間距3.2納米（如圖1所示）。通過改變單層碳化硼的原子角度，能夠在加電/不加電的情況下，實現從防水到吸水的轉變。具體而言，該新材料可以通過改變納米尺度的結構，改變原子表面的靜態阻力（靜摩擦），一種狀態是高粘滯（吸水）、另一種狀態則是低粘滯（防水），進而改變其吸水/防水狀態。

當對該材料施加電壓時，氮化硼納米網就會平整地鋪展開，從而極大地改變水滴與材料接觸角，表面張力不再能夠維持液滴的重力，水分子就會透過納米網。這個過程是由于向材料施加電流時，會使氫原子聚集在碳化硼和銠元素層之間，讓納米網面結構趨于平緩。為了觀察這一過程，研究人員們使用了一臺掃描隧道電子顯微鏡，區分蜂窩網面的形狀（加電/不加電），及其與液體的直接接觸過程。

圖2 水滴在材料表面的七個動態接觸角測試結果疊加圖（垂直的毛細管直徑為0.85毫米）

蘇黎世大學教授烏爾思·格雷貝爾表示：理解和控制宏觀/納米尺度的相互作用，是納米科學領域的巨大挑戰。通過響應電信號的可調控，以及可觀察接觸角的納米網結構模型，使我們能夠更精準地理解液體表面摩擦力的基本現象。這或有助于我們更有效地解決“潤滑”作用中的突發問題。

這種電控行為已經在生物學上得到應用，可用于細胞微觀層面的控制和處理，在創造新型復雜的人造多細胞排列等相關科學研究方面有較大的推動作用。此外，該研究也為構造微毛細血管泵提供了技術基礎，可通過電信號對納米級管道中的壓力和流量進行控制。

本文由材料人網友 涅槃 投稿，材料牛編輯整理。
原文鏈接：New material switches from water-repelling to water-loving with electric current
文獻鏈接：Switching stiction and adhesion of a liquid on a solid

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