上海光源在納米氣泡研究方面取得進展

　　上海光源軟X射線組in-house研究團隊發(fā)現(xiàn)了不同親疏水性的納米周期性結構對納米氣泡的生長位置和界面性質具有較好的調控作用，理論模擬結果和實驗能夠很好地吻合，并對實驗結果進行了深入的解釋。該工作發(fā)表于Nanoscale (Lei Wang et., Formation of Surface Nanobubbles on Nanostructured Substrates, Nanoscale, 2016,doiDOI: 10.1039/C6NR06844H)。

　　固體界面性質對納米尺度下氣體在固液界面上的聚集行為有著重要的影響，已成為表面化學、膠體化學、流體動力學、環(huán)境和生命科學等多個領域的研究熱點。近二十年來，關于固液界面納米氣泡為什么能夠穩(wěn)定存在和與宏觀尺度下相比較大的界面接觸角是當前研究的熱點和急需解決的關鍵問題。其中，不同結構和性質的基底是影響納米氣泡在固液界面吸附以及穩(wěn)定性的關鍵因素之一。

　　基于以上原因，上海光源軟X射線組聯(lián)合培養(yǎng)研究生王磊在副研究員張立娟的指導下，通過和物理與生物學實驗室胡鈞課題組和上海光源XIL線站科研人員密切協(xié)作，制備了系列不同周期、不同疏水性質的納米結構，利用原子力顯微鏡（AFM）以及分子動力學模擬對納米周期性結構對界面納米氣泡生成和穩(wěn)定的影響進行了詳細研究。實驗發(fā)現(xiàn)對于較疏水的結構，納米氣泡主要在疏水的結構上生成，氣泡大小受限于疏水結構的尺寸，納米氣泡接觸角隨結構尺寸變小而變小。而對于疏水性差的納米結構，納米氣泡雖然也在疏水表面上生長，但大小和位置不能嚴格受限于結構尺寸。這些發(fā)現(xiàn)必將有助于對納米氣泡穩(wěn)定機制的深入理解，將為探索納米氣泡在微流器件方面的實際應用提供實驗基礎。

　　該研究工作得到了上海光源軟X射線線站（BL08U1）、中國科學院上海應用物理研究所物理與生物學研究室、國家自然科學基金委、上海超算中心的大力支持。

　　圖1：一維結構：溝槽結構上生長納米氣泡前（左圖）后（右圖）的AFM圖像。結構周期為500 nm，線條400nm。

　　圖2：二維點陣結構：生長納米氣泡前（左圖）后（右圖）的AFM圖像。結構周期為138nm，孔的直徑為70nm。

　　圖3：理論模擬結果