上海光源軟X射線組in-house研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了不同親疏水性的納米周期性結(jié)構(gòu)對(duì)納米氣泡的生長(zhǎng)位置和界面性質(zhì)具有較好的調(diào)控作用，理論模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫匚呛?，并?duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(zhì)對(duì)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(xué)、膠體化學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、環(huán)境和生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近二十年來(lái)，關(guān)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(dāng)前研究的熱點(diǎn)和急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。其中，不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)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(guān)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(dǎo)下，通過(guò)和物理與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(zhì)的納米結(jié)構(gòu)，利用原子力顯微鏡（AFM）以及分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)納米周期性結(jié)構(gòu)對(duì)界面納米氣泡生成和穩(wěn)定的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)于較疏水的結(jié)構(gòu)，納米氣泡主要在疏水的結(jié)構(gòu)上生成，氣泡大小受限于疏水結(jié)構(gòu)的尺寸，納米氣泡接觸角隨結(jié)構(gòu)尺寸變小而變小。而對(duì)于疏水性差的納米結(jié)構(gòu)，納米氣泡雖然也在疏水表面上生長(zhǎng)，但大小和位置不能嚴(yán)格受限于結(jié)構(gòu)尺寸。這些發(fā)現(xiàn)必將有助于對(duì)納米氣泡穩(wěn)定機(jī)制的深入理解，將為探索納米氣泡在微流器件方面的實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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

　　圖1：一維結(jié)構(gòu)：溝槽結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)納米氣泡前（左圖）后（右圖）的AFM圖像。結(jié)構(gòu)周期為500 nm，線條400nm。

　　圖2：二維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)：生長(zhǎng)納米氣泡前（左圖）后（右圖）的AFM圖像。結(jié)構(gòu)周期為138nm，孔的直徑為70nm。

　　圖3：理論模擬結(jié)果