马里兰大学 (左)聚乙烯刷接枝纳米通道系统示意图
(右)施加电场强度时的逆流
信用:T
H
Pial等人
，ACS Nano，2021，DOI: 10
1021/acsnano
0c09248 纳米通道在生物医学、传感等许多领域有着重要的应用
尽管在纳米技术领域工作的工程师多年来一直在制造这些微小的管状结构，但关于它们的性质和行为仍有许多未知之处
现在，马里兰大学机械工程副教授悉达多·达斯和他的一组博士
D
学生们在《美国化学学会纳米》杂志上发表了令人惊讶的新发现
利用原子级模拟，达斯和他的团队能够证明电荷性质以及电荷诱导的流体在功能化纳米通道内的流动并不总是如预期的那样
“我们发现了纳米通道功能化的新环境，通过将带电聚合物分子(也称为聚电解质或聚醚砜)接枝到它们的内壁上，”达斯说，他指的是将聚合物或其他物质接枝到纳米通道上以使其以某种方式发挥作用的过程
“纳米通道的功能化并不新鲜
但是我们已经提出了一个范式转变，即从电荷性质和调节流体流动的能力的角度来理解这些系统的行为和性质
“例如，”达斯说，“我们在这种功能化的纳米通道中发现了一种新型的流动行为；通过增加施加在纳米通道上的电场的大小，这种电场驱动的流动(通常称为电渗流)的方向可以逆转
" 达斯和他的学生们的论文详述了三个具体的发现
首先，他们表明，当聚电解质以纳米通道内壁上的层的形式接枝时，在某些条件下，该聚电解质层将经历惊人的电荷反转
通常，如果负的聚乙烯分子已经附着在纳米通道上，则附近的聚乙烯层应该具有净负电荷
然而，达斯和他的学生们发现了一些情况，在这些情况下，由于层内吸引了更多的敏感离子(比屏蔽聚乙烯层的电荷所需的多)，层内的电荷变为反相，净电荷为正——这种现象被称为“过屏蔽”
" 研究小组随后研究了这种过筛选如何影响纳米通道内的外部电场驱动流(称为电渗流或状态方程流)
令人惊讶的是，他们发现，在这种情况下，流动是由离子驱动的，离子的电荷与接枝到通道壁上的Pes相同；因此，带负电的聚合物在其附近产生净正电场，但流动是由负离子驱动的
“我们称这种现象为‘离子驱动电渗’，我们的论文标志着这种现象首次被发现，”达斯说
最后，研究小组展示了提升电场强度的意想不到的结果:附着在纳米通道上的聚乙烯分子被分解，导致过屏蔽的离子开始从聚乙烯层中逸出
这导致过屏停止，同时也使通道中的流动方向反向:例如，如果它从左向右移动，它就会切换到从右向左
“没有人预测到这一点，”达斯说
达斯说，这些发现意义重大，因为人们对纳米通道的兴趣很大程度上与它们运输分子的能力有关
达斯说:“由于流动非常重要，这一领域的新发现使我们能够进一步了解纳米通道是如何工作的，以及我们可以用它们做些什么。”
“还有其他方法可以逆转气流，但直到现在，我们还不知道可以通过增加磁场强度来实现这一点
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
