研究成果

疏水固體與水介面之研究及微小封閉空間內的氣體排序

刊登日期:2015-01-07

疏水固體與水的介面是一爭議很大的介面,已有報導水中氣體會累積到此介面,形成二維及三維結構。但很多問題至今仍是個謎,例如:為何氣體會到此介面、此氣體結構為何、又為何這些結構能穩定存在。中研院物理所黃英碩領導的團隊以先進的原子力顯微術首度在石墨與水介面解析出氧及氮形成的數種結構,其中有二維有序結構(固態氣體),二維無序結構,及三維似液態等結構,此發現似乎違背一般對相圖的認知,即常溫常壓下之氣體應為氣態,但過去有不少研究顯示,在室溫下鈍氣常以固態或液態方式存在固體內奈米級的空間。這些研究與我們的觀察顯示氣體在微小封閉空間內不能以一般巨觀氣體的相圖解釋,因此首度提出”介面誘發排序”來解釋這不尋常的結構,此觀念也為高密度氣體儲存技術提供一新方向。此論文發表於Nature系列的Scientific Reports 。http://www.nature.com/srep/2014/141126/srep07189/full/srep07189.html?WT.ec_id=SREP-639-20141202.

此團隊也提出水中氣體分子傾向吸附到疏水固體表面,因為此表面提供了位能較低的吸附位置,因此疏水表面能有效捕捉溶解在水中的氣體分子,可用來理解水中生物如何有效獲取微量的氧分子及很多水中的現象。而在介面聚集的氣體分子團,由於分子間只有微弱的凡得瓦力,可視為低黏滯的液體以解釋疏水固體表面常見的邊界滑移現象,此流體力學的百年之謎可能就是此特殊介面氣體結構所造成。

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期刊連結: http://www.nature.com/srep/2014/141126/srep07189/full/srep07189.html?WT.ec_id=SREP-639-20141202.

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