看流体在纳米尺度

想象一下,如果你可以喝一杯水就由单线插入吸,好像饮料吸管。事实证明,如果你是足够小,该方法将会工作的很好,甚至不需要吸开始。

开展新的研究首次在麻省理工学院和其他地方已经证明,当插入一个池的液体,纳米线,电线,只有几百纳米(十亿分之一米),自然吸引液体向上的薄膜层的表面。这一发现可以应用于微流控设备,生物医学研究和喷墨打印机。

现象被理论家们预测,但从未被观测到,因为过程太小被光学显微镜;电子显微镜需要在真空中运作,这将导致大多数液体蒸发几乎立即。为了克服这一点,麻省理工的团队使用了一种被称为DMPI-TFSI离子液体,保持稳定甚至在一个强大的真空。虽然这个特定的液体使用的观测,结果被认为适用于大多数液体,包括水。

结果发表在《自然纳米技术》由一个领导的研究小组Ju,麻省理工学院的教授核科学与工程、材料科学与工程,以及新墨西哥州桑迪亚国家实验室的研究人员,宾夕法尼亚大学、匹兹堡大学、浙江大学在中国。

而李说这项研究旨在探索固相交互的基础科学,它可能导致应用程序在喷墨打印,或芯片上的实验室。“我们真的看流体以前所未有的长度尺度小,”李说,所以可能会出现意想不到的新现象为研究仍在继续。

在分子尺度上,李说,“液体试图涵盖固体表面,它被毛细血管吸收行动。“最小的尺度,当液体形式电影小于10纳米厚,它作为一个移动平滑层(叫做“前驱膜”);随着膜厚的不稳定(称为瑞利不稳定),导致液滴的形式,但水滴通过前驱膜保持联系。在某些情况下,这些水滴继续纳米线,而在其他情况下,液滴出现静止的即使在他们向上流动的液体。

光滑的前驱膜之间的差异和珠子,李说,在薄的电影,每个分子的液体是足够接近直接交互,通过量子力学效应,分子的固体埋在它;这个力抑制了瑞利不稳定,否则导致起泡。但有或没有珠饰、向上流动的液体,无视重力,是一个持续的过程,可以用于小型液体运输。

虽然这用一根线向上拉总是存在在这个很小的规模,可以进一步增强以各种方式的影响:增加线的电压增加了力量,也略有变化的线,蜡烛向一端。研究人员利用纳米线用不同的材料制成的硅、氧化锌和氧化锡,以及二维石墨烯——来证明这个过程适用于许多不同的材料。

纳米线的直径不到十分之一射流设备现在使用在生物和医学研究,如微量吸液管和一千皮下注射针头的直径。在这些小的尺度上,研究人员发现,固体纳米线一样有效地保持和转移液体空心管。这个规模较小可能为微机电系统的新型材料在分子水平上进行研究。

方法研究人员开发了允许他们研究固体和液体之间的交互流”几乎在最小的规模,你可以定义一种流体体积,这是5到10纳米,”李说。球队现在计划检查的行为不同的液体,使用“三明治”的透明固体膜环绕液体,比如水,在透射电子显微镜检查。这将允许“固液相互作用的系统研究,”李说,交互相关的腐蚀、电沉积和电池的操作。