上海光源软X射线组在纳米气泡研究方面取得进展

上海光源软X射线组in-house研究团队发现了不同亲疏水性的纳米周期性结构对纳米气泡的生长位置和界面性质具有较好的调控作用，理论模拟结果和实验能够很好的吻合，并对实验结果进行了深入的解释。该工作发表于《英国皇家化学会杂志》( Lei Wang et., Formation of Surface Nanobubbles on Nanostructured Substrates, Nanoscale, 2016,doiDOI: 10.1039/C6NR06844H)。

固体界面性质对纳米尺度下气体在固液界面上的聚集行为有着重要的影响，已成为表面化学、胶体化学、流体动力学、环境和生命科学等多个领域的研究热点。近二十年来，关于固液界面纳米气泡为什么能够稳定存在和与宏观尺度下相比较大的界面接触角是当前研究的热点和急需解决的关键问题。其中，不同结构和性质的基底是影响纳米气泡在固液界面吸附以及稳定性的关键因素之一。

基于以上原因，上海光源软X射线组联合培养研究生王磊在张立娟副研究员的指导下，通过和物理与生物学实验室胡钧课题组和上海光源XIL线站科研人员密切协作，制备了系列不同周期、不同疏水性质的纳米结构，利用原子力显微镜（AFM）以及分子动力学模拟对纳米周期性结构对界面纳米气泡生成和稳定的影响进行了详细研究。实验发现对于较疏水的结构，纳米气泡主要在疏水的结构上生成，气泡大小受限于疏水结构的尺寸，纳米气泡接触角随结构尺寸变小而变小。而对于疏水性差的纳米结构，纳米气泡虽然也在疏水表面上生长，但大小和位置不能严格受限于结构尺寸。这些发现必将有助于对纳米气泡稳定机制的深入理解，将为探索纳米气泡在微流器件方面的实际应用提供实验基础。

该研究工作得到了上海光源软X射线线站（BL08U1）、上海应物所物理与生物学研究室、国家自然科学基金委、上海超算中心的大力支持。(物理与环境科学研究部 供稿)

图1：一维结构：沟槽结构上生长纳米气泡前（左图）后（右图）的AFM图像。结构周期为500 nm，线条400nm。

图2：二维点阵结构：生长纳米气泡前（左图）后（右图）的AFM图像。结构周期为138nm，孔的直径为70nm。

图3：理论模拟结果