美科學家打造納米金屬可使水往高處流

[ALEX CHOW]

美科學家打造納米金屬可使水往高處流


羅切斯特大學的光學副教授郭春雷(音譯)
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2009-6-5 09:20


新浪科技訊北京時間6月5日消息，據物理學家組織網報導，樹木通過毛細管作用，把水分從樹根運輸到距離地面幾百英尺的樹葉上，現在羅切斯特大學的科學家已經製成一種簡單的金屬平板，它利用相同原理使液體向上運行，不過這種新發明運輸液體的能力，比自然界快很多。

這種金屬或許將證明，把一定數量的液體抽到醫療診斷芯片周圍，用來冷卻電腦的處理器，或者把純金屬轉變成抗菌表面是多麼有意義。這項研究結果將發表在即將刊出的《應用物理學》雜誌上。羅切斯特大學的光學副教授郭春雷(Chunlei Guo)說：“我們幾乎可以改變任何金屬的表面結構，從而控制液體對它作出的反應。我們甚至可以控制液體流動的方向，也可通過控制，讓液體流動或者不流動。”

郭春雷和他的助理亞納托里·沃羅比耶夫利用超速激光爆改變金屬表面，使金屬表面形成納米規模的凹陷、小球和激光腐蝕孔道。這種飛秒激光(femtosecond laser)產生的脈衝僅持續數千萬億分之一秒，如果說一飛秒相當於一秒，那麼一秒就相當於大約3200萬年。在短暫的爆炸過程中，郭春雷的激光發射出大量能量(相當於北美洲使用的所有電量)，而且所有能量都集中在一個針尖大小的點上。

郭春雷表示，這種燈芯效應跟用紙巾把溢出的奶吸乾，或者在玻璃杯裡產生“酒淚”，利用分子引力和蒸發作用促使液體逆著重力方向移動的效果一樣。郭春雷的金屬逆著重力移動的速度是每秒1厘米。他的納米結構還改變了液體分子和金屬分子相互作用的方式，使它們之間或多或少具有一些吸引力。在尺度合適的情況下，金屬納米結構吸引液體分子的能力，比金屬分子之間的吸引力更大，這種情況使得液體迅速在金屬表面展開。液體在散開的過程中與蒸發作用結合，就在郭春雷的金屬表面迅速產生了燈芯效應。

郭春雷通過在金屬裡加入激光腐蝕孔道，進一步加強了對液體的控制。他說：“設想一下一個微型芯片上具有龐大的水路系統，就像微處理器上的電子線路一樣，我們利用少量液體，就能實施化學或者生物學工作，那會是一種什麼景象。血液可以沿著特定路徑到達傳感器，進行疾病診斷。通過這種微型系統，護士根本不需要抽取一試管血液，進行檢測。在皮膚上擦一下獲得的細胞，或許就足以進行微量分析。”

郭春雷的科研組還製成了一種可減小水分子和金屬分子之間的吸引力(這種現像被稱作恐水症)的金屬。由於細菌主要由水構成，因此它們在恐水症分子表面根本無法生長。通常情況下要改變四分之一的金屬表面需要30分鐘或更多時間，但是郭春雷和沃羅比耶夫正在改進這項技術，讓它變得更快。不過幸運的是，雖然這項技術非常複雜，但是利用簡單的壁裝電源插座就可以給飛秒激光供電，這意味著如果該技術得到改進，它使用起來就會更加簡單。

郭春雷還將在這個月的《物理評論快報》上宣布，利用飛秒激光加工技術，可以生產出亮度跟普通燈泡一樣的白熾燈，但是消耗的能量僅為製作普通燈泡所需能量的一半。 2006年郭春雷的科研組利用飛秒激光製成具有納米結構的金屬，這種金屬幾乎不反射任何光。 2008年，該科研組已經可以通過一些調整，讓這種金屬反射特定波長的光線，這種效果可以把任何金屬改變成任何顏色。 (孝文)