研究人員創造了有史以來最防水的表面

研究人員已在《自然化學》上發表了一種新的機制，使得水滴能夠輕易從表面滑落。這一發現對固體與水之間的摩擦關係提出了新的認識，併爲在分子層面上研究水滴滑動性提供了新的方向。這種新方法在許多領域都有潛在應用，如管道、光學、汽車和船舶工業。

我們的生活處處與水和固體表面的相互作用有關，如烹飪、交通、光學等多種應用。瞭解水滴的分子動力學可以幫助科學家和工程師尋找和優化各種家用和工業技術。

液態表面是新型的防水錶面，與傳統方法相比，它具有衆多技術優勢。這一主題最近由Aalto大學的Robin Ras教授在《自然化學評論》中詳細介紹。這些表面具有高度活躍的分子層，它們與底材共價結合，賦予固體表面一種液態特性。Ras領導的研究團隊在硅表面上製備了一種名爲自組裝單分子層（SAMs）的液態分子層。

觀察自組裝單分子膜的生長

“我們是第一個直接在納米尺度上製造分子異質表面的團隊。”主要研究者，博士生Sakari Lepikko說。

通過精確調控反應器內的條件，如溫度和水含量，團隊能夠精細地控制單分子層覆蓋硅表面的程度。

Ras表示：“結合橢圓偏振計，我們可以詳細觀察自組裝單分子層的生長過程，這非常令人激動。”

“當SAM覆蓋率較低或較高時，滑動性都比較強，這也是表面最爲均勻的時候。在覆蓋率低的情況下，硅是主要的組成部分；在覆蓋率高的情況下，SAMs成爲主導。”

Lepikko補充說：“令人意外的是，即使覆蓋率很低，滑動性也非常好。”

在低覆蓋率時，水在表面形成一層薄膜，過去認爲這會增加摩擦。但研究發現，在低SAM覆蓋率下，水可以在SAM分子間自由流動，輕鬆滑落。而高SAM覆蓋率時，水滴停留在SAM上並同樣輕易滑落。只有在這兩種狀態之間，水纔會與SAM粘附並停留在表面。

該團隊成功創造了世界上最爲滑潤的液態表面。

防霧、除冰、自清潔

這一發現在需要防水錶面的領域都有廣泛的應用前景。Lepikko表示，這些應用包括日常生活中的許多場景，以及各種工業解決方案。

“像管道的熱傳遞、除冰、防霧都是可能的應用領域。此外，它還可以幫助微流體領域實現更流暢的微滴移動，以及創建自清潔表面。”

團隊下一步計劃優化他們的自組裝單分子層結構並進一步改進這種塗層。Lepikko對此項研究爲未來技術創新所帶來的啓示深感興趣。

“SAM塗層的問題是它非常薄，容易因物理接觸而分散。但通過對它們的研究，我們得到了寶貴的基礎科學知識，這將助我們開發出更爲耐用的實際應用。”

這項研究得到了OtaNano國家研究基礎設施的支持，由應用物理系的軟物質和潤溼小組完成。Jyväskylä大學的研究人員也參與了這項研究。

今年，Ras在《自然化學評論》中深入探討了全惡液態表面（LLS）及其在控制滑動、摩擦和粘附性方面的潛在應用。