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《自然?通訊》報(bào)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(shí)間:2014-07-04 19:49  作者:  來(lái)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(guó)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(xiàn)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(guān)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(dòng)提供有效的推動(dòng)力,然而該抽吸動(dòng)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(dòng)的主動(dòng)控制提出了很大的挑戰(zhàn)。

  段慧玲研究員課題組在過(guò)去幾年中一直致力于固體材料表面彈性理論及浸潤(rùn)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(dòng)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(dòng),通過(guò)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(dòng)的可逆開(kāi)關(guān)控制,可以實(shí)現(xiàn)毛細(xì)抽吸過(guò)程的加速、停止及重新開(kāi)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(cè)量的敏感元件。

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左圖,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖;右圖,電解液在納米多孔金內(nèi)的電毛細(xì)開(kāi)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(guó)家留學(xué)基金委、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目以及德國(guó)洪堡基金會(huì)校友聯(lián)動(dòng)計(jì)劃的支持。

編輯:未天

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