《自然?通訊》報道工學(xué)院段慧玲課題組在納米尺度流體控制方面最新研究進(jìn)展

時間：2014-07-04 19:49  作者：  來源：

　　北大工學(xué)院力學(xué)與工程科學(xué)系、應(yīng)用物理與技術(shù)研究中心段慧玲研究員課題組與德國漢堡工業(yè)大學(xué)的Joerg Weissmueller教授和Patrick Huber教授合作，在利用納米多孔金屬材料實(shí)現(xiàn)納米尺度流體可控性的研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果于7月1日在線發(fā)表于《自然?通訊》雜志上（Switchable imbibition in nanoporous gold. Nature Communications）。

　　納米尺度流體的輸運(yùn)由于其迥異于宏觀尺度上流體的輸運(yùn)性質(zhì)，受到研究者的廣泛關(guān)注，并引起了分析極少量分子在納米尺度受限條件下的生物化學(xué)和物理性質(zhì)等方面的諸多應(yīng)用研究。現(xiàn)有研究表明，納米通道內(nèi)流體的自發(fā)抽吸作用可以為納米流動提供有效的推動力，然而該抽吸動力學(xué)決定于基體材料的幾何結(jié)構(gòu)、毛細(xì)管效應(yīng)和液體的性質(zhì)等，這給實(shí)現(xiàn)納米尺度流體流動的主動控制提出了很大的挑戰(zhàn)。

　　段慧玲研究員課題組在過去幾年中一直致力于固體材料表面彈性理論及浸潤機(jī)理等方面的研究，并取得了一系列進(jìn)展，而Joerg Weissmueller教授和Patrick Huber教授分別在納米多孔金屬的制備和納米多孔材料內(nèi)的毛細(xì)流動等方面具有豐富的研究成果。他們合作提出了一種實(shí)現(xiàn)納米尺度流體控制的新方案，即采用電毛細(xì)效應(yīng)控制電解質(zhì)溶液在納米多孔金屬內(nèi)的毛細(xì)流動，通過電壓調(diào)節(jié)固-液界面的表面能，從而實(shí)現(xiàn)了電解質(zhì)溶液在納米多孔金屬內(nèi)毛細(xì)流動的可逆開關(guān)控制，可以實(shí)現(xiàn)毛細(xì)抽吸過程的加速、停止及重新開始。該研究表明，具有高導(dǎo)電性且可以提供電解質(zhì)或者離子液體輸運(yùn)通道的納米多孔金屬材料，是潛在的、可以在超低電壓下（<1V）實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控的電毛細(xì)泵和微量流體測量的敏感元件。

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左圖，實(shí)驗裝置示意圖；右圖，電解液在納米多孔金內(nèi)的電毛細(xì)開關(guān)控制

　　論文第一作者為北京大學(xué)工學(xué)院力學(xué)與工程科學(xué)系博士研究生薛亞輝。上述研究工作得到了國家留學(xué)基金委、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目以及德國洪堡基金會校友聯(lián)動計劃的支持。

編輯：未天