概述

表面和界面科學(xué)發(fā)展到現(xiàn)階段，人們已有共識(shí)，不同物質(zhì)之間可形成各種各樣的界面，諸如金屬、無(wú)機(jī)、有機(jī)、半導(dǎo)體及生物材料界面上的研究，發(fā)現(xiàn)了許多重大現(xiàn)象。借助異質(zhì)材料的接觸與融合所產(chǎn)生的表面和界面的奇異功能特性，來(lái)創(chuàng)造新型材料和器件，已成為許多研究領(lǐng)域的指導(dǎo)思想。

從物理的觀點(diǎn)，凝聚態(tài)物質(zhì)的表面相具有不同于體相的對(duì)稱性和自由能；當(dāng)某物質(zhì)由宏觀尺寸減小到介觀尺寸時(shí)，表面相對(duì)材料物性的影響將不容忽視。因此，表面相的設(shè)計(jì)及控制，必然是研究新型界面材料的關(guān)鍵。

“二元協(xié)同納米界面材料”這一新概念，不同于傳統(tǒng)的單一體相材料，而是材料的宏觀表面建造二元協(xié)同納米界面結(jié)構(gòu)。該界面材料的設(shè)計(jì)思想是，人們不一定追求合成全新的體材料，當(dāng)采取某種特殊的表面加工后，在介觀尺度能形成交錯(cuò)混雜的兩種性質(zhì)不同的二維表面相區(qū)；而每個(gè)相區(qū)的面積，以及兩相構(gòu)建的"界面"是納米尺寸。研究表明，這樣具有不同，甚至完全相反理化性質(zhì)的納米相區(qū)，在某種條件下具有協(xié)同的相互作用，以致在宏觀表面上呈現(xiàn)出超常規(guī)的界面物性的材料；即為二元協(xié)同納米界面材料。

詳細(xì)

“二元協(xié)同納米界面材料”是力求將二元協(xié)同性推廣到納米尺度界面，研討新型界面物性。物性的二元協(xié)同互補(bǔ)性是一個(gè)普遍適用的概念，如：親水性與還原性，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，順磁性與抗磁性，半導(dǎo)體的P型與N型，強(qiáng)誘電體與反強(qiáng)誘電體，左旋光性與右旋光性等等。在通常的情況下，體材料的表面相和界面相多表現(xiàn)為一種單一的特性。然而，當(dāng)利用二元協(xié)同界面材料的設(shè)計(jì)思想，在介觀尺度甚至納米尺度形成二元協(xié)同界面后，這樣的界面常會(huì)表現(xiàn)出超常的界面物性。為實(shí)現(xiàn)上述的二元協(xié)同性質(zhì)，需要借助軟凝聚態(tài)物理和納米化學(xué)的基本原理，完成界面材料的分子設(shè)計(jì)。

1．超雙親性界面物性(同時(shí)具有超親水性及超親油性的表面)材料

研究表明，光的照射可引起TiO2表面在納米區(qū)域形成親水性及親油性兩相共存的二元協(xié)同納米界面結(jié)構(gòu)。這樣在宏觀的TiO2表面將表現(xiàn)出奇妙的超雙親性。利用這種原理制作的新材料，可修飾玻璃表面及建筑材料表面，使之具有自清潔及防霧等效果。這種雙親二元協(xié)同原理，同樣可以用來(lái)指導(dǎo)我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)和創(chuàng)成在其他基材上使用的超雙親性修飾劑。例如，在纖維及衣物上使用修飾劑，將使它們具有超雙親性?？梢栽O(shè)想洗滌衣物可以僅用清水沖洗，不再使用傳統(tǒng)的洗潔劑；同樣也可以應(yīng)用到人造血管和人造人體的形成，并且改善同活體組織的兼容性，來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的使用壽命。上述材料，對(duì)人類生活和凈化環(huán)境都是十分重要的。

2．超雙疏性界面物性材料

利用由下到上、由原子到分子、由分子到聚集體的外延生長(zhǎng)納米化學(xué)方法，可以在特定的表面上建造納米尺寸同幾何形狀互補(bǔ)的(如凸與凹相間)界面結(jié)構(gòu)。由于在納米尺寸低凹的表面可使吸附氣體分子穩(wěn)定存存，所以在宏觀表面上相當(dāng)于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無(wú)法與材料的表面直接接觸，從而使材料的表面呈現(xiàn)超常的雙疏性。這時(shí)水滴或油滴與界面的接觸角趨于最大值。如果在輸油管的管道內(nèi)壁采用帶有防靜電功能的材料建造這種表面修飾涂層，則可實(shí)施石油與管壁的無(wú)接觸運(yùn)輸。這對(duì)于輸油管道的安全運(yùn)行有重要價(jià)值。

3．納米尺度光陽(yáng)極、光陰極兩相共存的高效光催化界面材料

借助光化學(xué)和光電化學(xué)的研究思想，利用納米化學(xué)方法，計(jì)劃研制多種具有光化學(xué)活性的納米雜化的界面材料。例如，在TiO2表面的納米區(qū)域內(nèi)可以構(gòu)建光陽(yáng)極與光陰極共存的二元協(xié)同界面結(jié)構(gòu)，在紫外光的照射下具有高效的光催化效果?？梢杂脕?lái)分解有毒氣體(如：甲，苯，氧化氮等)，殺死其表面接觸的細(xì)菌。該材料將在空氣凈化和殺菌抑菌方面有重要的應(yīng)用。

物質(zhì)世界的二元性是無(wú)窮無(wú)盡的，“二元協(xié)同納米界面材料”也將是無(wú)窮無(wú)盡的排列組合，等待我們的將是一個(gè)豐富多彩的新型高級(jí)功能材料新世界。