研究人员创造出有史以来最防水的表面

研究人员开发了一种使水滴从表面滑落的新机制，发表在《自然化学》上的一篇论文描述了这一机制。这一发现挑战了有关固体表面和水之间摩擦力的现有观点，并为在分子水平上研究液滴滑移性开辟了一条新途径。这项新技术可应用于多个领域，包括管道、光学、汽车和海运行业。

在我们周围，水总是与固体表面相互作用。烹饪、运输、光学和数百种其他技术都受到水粘在表面或从表面滑落的方式的影响。了解这些微小液滴的分子动力学有助于科学家和工程师找到改进许多家庭和工业技术的方法。

类液表面是一种新型的防液滴表面，与传统方法相比，它具有许多技术优势——阿尔托大学教授 Robin Ras最近在《自然评论化学》上评论了这一主题。它们具有高度流动性的分子层，但通过共价键连接到基材上，使固体表面具有类似液体的品质，就像水滴和表面本身之间的润滑剂层一样。Ras 领导的研究小组使用专门设计的反应器在硅表面上创建了一层类似液体的分子层，称为自组装单分子层 (SAM)。

观察自组装单层细胞的生长

该研究的主要作者、博士研究员萨卡里·莱皮科 (Sakari Lepikko) 表示：“我们的工作是首次直接在纳米水平上创造分子异质表面。”

通过仔细调整反应器内的温度和水含量等条件，研究小组可以微调单层覆盖的硅表面的面积。

拉斯说：“我发现非常令人兴奋的是，通过将反应器与椭偏仪集成，我们可以观察自组装单分子层以非凡的细节水平生长。”

结果表明，当 SAM 覆盖率较低或较高时，表面会更加光滑，这也是表面最均匀的情况。在低覆盖率时，硅表面是最普遍的成分，在高覆盖率时，SAM 是最普遍的成分。

“即使是低覆盖率也会产生异常光滑的现象，这是违反直觉的，”莱皮科继续说道。

在低覆盖率下，水会在表面形成一层薄膜，这被认为会增加摩擦力。“我们发现，相反，水在 SAM 覆盖率较低的 SAM 分子之间自由流动，从表面滑落。当 SAM 覆盖率较高时，水会停留在 SAM 顶部并同样容易滑落。只有在这两种状态之间，水才会粘附在 SAM 上并粘附在表面上。”

事实证明，这种新方法非常有效，因为该团队创造了世界上最光滑的液体表面。

防雾、除冰、自清洁

这一发现有望对任何需要防液滴表面的地方产生影响。Lepikko 表示，这涵盖了从日常生活到工业解决方案的数百个示例。

“管道传热、除冰和防雾等都是潜在的用途。它还将有助于微流体技术，其中微小的液滴需要平稳地移动，并有助于创建自清洁表面。我们违反直觉的机制是一种在任何需要的地方增加液滴流动性的新方法，”Lepikko 说。

接下来，该团队计划继续试验他们的自组装单层设置并改进层本身。Lepikko 对这项工作为未来创新提供的信息感到特别兴奋。

“SAM 涂层的主要问题是它非常薄，因此在物理接触后很容易分散。但研究它们为我们提供了基础科学知识，我们可以利用这些知识来创建持久的实际应用。”

该研究利用国家研究基础设施 OtaNano，由应用物理系的软物质和润湿小组进行，该小组还生产了其他开创性的防水材料。

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