Шестиугольники, создающие волны
«Одним из наиболее интересных физических свойств поверхности является ее трение или статическое трение», — говорит Стейн Мертенс (Институт прикладной физики Венского технологического университета, связанный с KU Leuven в Бельгии). "Эту силу необходимо преодолеть, чтобы объект на поверхности начал скользить.«Наноструктура поверхности во многом определяет ее сцепление: детали контакта поверхности с другим объектом (например, каплей жидкости) зависят от геометрии ее атомов и других свойств. Это, в свою очередь, имеет решающее значение для адгезии, прилипания и смачивания.
Однако взаимосвязь между прилипанием и смачиванием пока еще плохо изучена.
«Так же, как материал графен состоит только из одного слоя атомов углерода, наш нитрид бора — который содержит столько же бора, сколько атомов азота — имеет толщину только один атомный слой», — объясняет Томас Гребер из Физического института при университете.
Цюриха. Этот ультратонкий слой можно выращивать на монокристалле родия.
Атомы на поверхности родия и в нитриде бора образуют гексагональный узор, но расстояния между атомами в двух материалах различаются. Тринадцать атомов в нитриде бора занимают то же пространство, что и двенадцать атомов родия, так что два кристалла не подходят друг другу идеально.
Из-за этого несоответствия шестиугольники нитрида бора должны изгибаться, они выглядят как застывшая волна с длиной волны 3.2 нанометра и высота около 0.1 нм.
«Именно эта двумерная нановолна влияет на смачивание поверхности водой», — говорит Стейн Мертенс.
В любом случае надстройку из нитрида бора можно сделать плоской с помощью простого трюка: поместив материал в кислоту и приложив электрическое напряжение, атомы водорода ползут под слоем нитрида бора и изменяют связь между азотом и родием. Это делает нитрид бора плоским.
Внезапно прилипание капли воды к поверхности резко меняется — даже несмотря на то, что капля в 100000 раз больше, чем крошечные волны в нитриде бора. Если напряжение уменьшается, этот эффект меняется на противоположный: «Мы можем снова и снова переключать поверхность между этими двумя состояниями», — объясняет Стейн Мертенс.
Машина для измерения капель
Чтобы исследовать смачивание поверхности и одновременно подавать напряжение, специально для этой цели был построен прибор, в котором капля жидкости выводится на поверхность через очень тонкую стеклянную трубку.
Капля становится больше и меньше, при этом фиксируется ее форма. Будет ли форма капли плоской или более округлой, зависит от свойств поверхности.
Концепции переключения смачивания поверхности вперед и назад существуют уже некоторое время. Например, к поверхности можно прикрепить органические молекулы, которые меняют свою форму под действием света определенного цвета. Однако такие молекулы намного сложнее и хрупче, чем исследуемые здесь материалы. «Наша поверхность состоит только из одного слоя атомов, полностью неорганическая и не меняется, даже если мы нагреем ее в вакууме до 1000 ° C», — соглашаются Стейн Мертенс и Томас Гребер. "Это означает, что этот материал также может быть использован для приложений, где органические молекулы будут долго разрушаться, от повседневной жизни до космических путешествий."