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科学家打造纳米金属 可使水往高处流 |
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相关论文将发表于《应用物理快报》和《物理评论快报》 |
罗切斯特大学的光学副教授郭春雷(音译)
据物理学家组织网报道，树木通过毛细管作用，把水分从树根运输到距离地面几百英尺的树叶上，现在罗切斯特大学的科学家已经制成一种简单的金属平板，它利用相同原理使液体向上运行，不过这种新发明运输液体的能力，比自然界快很多。
这种金属或许将证明，把一定数量的液体抽到医疗诊断芯片周围，用来冷却电脑的处理器，或者把纯金属转变成抗菌表面是多么有意义。这项研究结果将发表在即将刊出的《应用物理快报》（Applied Physics Letters）杂志上。罗切斯特大学的光学副教授郭春雷(Chunlei Guo)说：“我们几乎可以改变任何金属的表面结构，从而控制液体对它作出的反应。我们甚至可以控制液体流动的方向，也可通过控制，让液体流动或者不流动。”
郭春雷和他的助理亚纳托里·沃罗比耶夫利用超速激光爆改变金属表面，使金属表面形成纳米规模的凹陷、小球和激光腐蚀孔道。这种飞秒激光(femtosecond laser)产生的脉冲仅持续数千万亿分之一秒，如果说一飞秒相当于一秒，那么一秒就相当于大约3200万年。在短暂的爆炸过程中，郭春雷的激光发射出大量能量(相当于北美洲使用的所有电量)，而且所有能量都集中在一个针尖大小的点上。
郭春雷表示，这种灯芯效应跟用纸巾把溢出的奶吸干，或者在玻璃杯里产生“酒泪”，利用分子引力和蒸发作用促使液体逆着重力方向移动的效果一样。郭春雷的金属逆着重力移动的速度是每秒1厘米。他的纳米结构还改变了液体分子和金属分子相互作用的方式，使它们之间或多或少具有一些吸引力。在尺度合适的情况下，金属纳米结构吸引液体分子的能力，比金属分子之间的吸引力更大，这种情况使得液体迅速在金属表面展开。液体在散开的过程中与蒸发作用结合，就在郭春雷的金属表面迅速产生了灯芯效应。
郭春雷通过在金属里加入激光腐蚀孔道，进一步加强了对液体的控制。他说：“设想一下一个微型芯片上具有庞大的水路系统，就像微处理器上的电子线路一样，我们利用少量液体，就能实施化学或者生物学工作，那会是一种什么景象。血液可以沿着特定路径到达传感器，进行疾病诊断。通过这种微型系统，护士根本不需要抽取一试管血液，进行检测。在皮肤上擦一下获得的细胞，或许就足以进行微量分析。”
郭春雷的科研组还制成了一种可减小水分子和金属分子之间的吸引力(这种现象被称作恐水症)的金属。由于细菌主要由水构成，因此它们在恐水症分子表面根本无法生长。通常情况下要改变四分之一的金属表面需要30分钟或更多时间，但是郭春雷和沃罗比耶夫正在改进这项技术，让它变得更快。不过幸运的是，虽然这项技术非常复杂，但是利用简单的壁装电源插座就可以给飞秒激光供电，这意味着如果该技术得到改进，它使用起来就会更加简单。
郭春雷还将在这个月的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上宣布，利用飞秒激光加工技术，可以生产出亮度跟普通灯泡一样的白炽灯，但是消耗的能量仅为制作普通灯泡所需能量的一半。2006年郭春雷的科研组利用飞秒激光制成具有纳米结构的金属，这种金属几乎不反射任何光。2008年，该科研组已经可以通过一些调整，让这种金属反射特定波长的光线，这种效果可以把任何金属改变成任何颜色。
