中国科学出版社 不同α-Al2O3晶面的宏观润湿性差异及从分子水平阐明机理的示意图
(a)多晶氧化铝是高度亲水的，而具有(11-20)、(10-10)和(0001)取向的α-Al2O3晶面是亲水的，但是(1-102)晶面是疏水的(插图显示了镜面平坦的单晶α-Al2O3样品的光学图像)
示意图显示了吸附的界面水分子和暴露的固体原子的复合结构
水分子的取向将导致两种典型的状态，在最高位置提供两个孤对电子(b-d)或一个氢原子(e)，这又分别导致亲水和疏水
信用:中国科学出版社 1805年，托马斯·杨研究了固/液/气三相接触线处的力学平衡(作用在由液-气界面和固体表面相交形成的接触线上的力的平衡)，并引入了“接触角”的宏观概念和杨氏方程
基于各向同性、均匀光滑表面的假设，杨氏方程给出了固体表面的内禀接触角与固/液/气三相接触线上的界面自由能之间的关系
然而，在现实中很难获得如此完美的表面，并且表面通常是不均匀的
虽然宏观表面是光滑的，但微观表面往往是混乱的
以这种方式获得的接触角不能称为固有接触角
为了探索材料的内在润湿性
卧龙岗大学的王晓林教授和
姜磊和教授
中科院田野联合研究了蓝宝石(α-Al2O3)单晶不同晶面的润湿行为
相关结果发表在《国家科学评论》(NSR)上，标题为“金属氧化物表面的晶面依赖性内在润湿性
" 氧化铝表面是亲水的，氧化铝多晶表面的接触角约为10度
在实验过程中，研究人员惊讶地发现，四种不同晶面的α-Al2O3单晶的本征接触角都远远大于10度，而(1-102)晶面的接触角非常接近90度
我们小组先前的研究已经证明，表面材料固有的亲水性和疏水性边界约为65度，因此(1-102)晶体表面是疏水性的
通过对不同晶面吸附界面水分子结构的密度泛函理论模拟，发现与亲水(11-20)、(10-10)和(0001)晶面相比，(1-102)晶面的吸附水分子处于静止状态；也就是说，疏水晶面的氢原子位于第一层吸附水的最高点
因此，来自三相接触线上水滴的水分子只能与一个氢原子形成一个氢键
因为一个氢键相互作用相对较弱，然后三相接触线容易被锚定
但是在亲水晶面上，吸附的界面水分子的氧原子处于最高点
在这种情况下，一个氧原子有两对孤电子，在三相接触线上与水滴的水分子形成两个氢键相互作用
因此，三线接触线更容易推广
这项工作从原子级的平坦氧化铝晶体界面开始，证明了吸附的界面水分子的取向对具有相似化学组成(铝和氧)和几乎没有形貌结构(原子级平坦)的固体表面的宏观润湿性具有胡歌影响
本工作主要研究固体界面的固有润湿性，为提高催化效率、制备优异的功能材料、改善复合器件性能提供启示
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
