清华大学出版社
纯液体表面张力与内部润湿阈值的关系
功劳:纳米研究 中国科学院研究人员最近的一项研究从分子间力的角度重新定义了液体如何保持与固体表面的接触，也称为润湿性
这项发现发表在2月8日的《纳米研究》上
润湿性与材料的设计有关，因为它决定了各层如何粘在一起
这项研究的作者、仿生材料与界面科学重点实验室的叶田教授说，它“在许多领域发挥着至关重要的作用，如催化反应的效率、分离、电极材料和仿生智能材料的设计
“例如，根据湿度改变接触的智能层可以用于适应湿度的运动服
润湿性模型 高润湿性意味着液滴扩散，产生与表面的低接触角，而低润湿性描述了阻止扩散的液体
传统上，由接触角表示的润湿性使用杨氏方程来表征，该方程模拟理想的、完全光滑的表面
如果水滴扩散到小于90度的接触角，则该表面被分类为亲水的或亲水的
如果水滴的接触角大于90度，则该表面被归类为疏水性的
然而，杨氏模型在解释观察到的液体与固体表面接触的行为时有局限性
例如，它不能解释为什么水接触角在表面变粗糙后增加，这在后来的文泽尔和凯西模型中有所描述
研究作者进一步在分子水平上研究了浸入纯液体中的固体表面的相互作用，以更好地理解内在润湿阈值s(IWTs)——液体扩散或成珠的点
田说:“一系列研究发现，在水中，非极性表面之间可能存在疏水吸引，而极性表面之间可能存在亲水排斥，也就是说，分子间相互作用力决定了亲水性
" 三种液体在光滑和粗糙表面上的接触角(a-c)；纯液体表面张力与内部润湿阈值的关系(d)
功劳:纳米研究 固有润湿阈值 研究人员对不同液体中由一个分子厚的层(自组装单层或SAMs)组成的固体相互作用进行了实验，以观察润湿性如何影响它们的吸引力或排斥力
他们选择水、乙二醇(EG)、二甲基亚砜(DMSA)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)作为测试液体来代表一系列表面张力
使用原子力显微镜，他们测量了每种液体中的自组装膜之间粘附力的力曲线
使用接触角系统评估每种液体的1 μL液滴的接触角，该系统是一种测量和分析液滴形状和与固体的接触角的设备
结果表明，对于水，固有润湿阈值(IWT)出现在与固体的接触角为65°时，而不是杨氏方程预测的90°
换句话说，65是亲水和疏水行为之间的界面点，这与阈值两侧水的氢键网络的差异有关
此外，他们还发现，在接触角约为65°时，水层和硬表面(SAMs)之间的粘附力存在差异
田解释说:“我们从对称自组装膜间相互作用力的角度证实了纯水的IWT约为65°
" 其他有机液体缺乏氢键，但是通过观察硬表面(SAMs)之间的粘附力以及接触角的变化，仍然获得了iwt
结果提供了“一条不同于由杨氏方程定义的值的新的iwt曲线，该曲线可用于预先判断具有已知表面张力的纯液体的iwt
" 后续步骤 考虑到对功能材料设计的重要应用，研究人员计划继续在分子水平上研究润湿机制
相对于杨氏历史方程重新定义了IWTs，他们期望“提供一个新的视角来理解润湿性和分子间力之间的关系”，田预测
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