▲在真空中，可以利用一原子厚的石墨烯(棕色晶格)悬浮物，制造出一种厚度在3到50纳米之间的液体薄膜(深蓝色原子)。通过拉伸石墨烯，将其掺杂到其他原子上，或者在附近应用一个弱电场，研究人员可以控制超薄薄膜中的原子数量。
据每日科学网6月12日报道，美国佛蒙特大学的物理学家发现了一种能使界面润湿的全新方法。他们的研究可能让科学家们创造出有史以来最薄的液体薄膜，并设计出一种只有几个原子厚的新型表面涂层和润滑剂。该研究结果于6月8日发表在《物理评论快报》杂志上。
为了更好的理解其物理原理，想象一下当雨点落在你的新iPhone上时会发生什么：它会在屏幕上形成珠子。水珠很容易就能甩掉。现在，想象一下你洗澡时的浴室：整个镜子可能被一层薄薄的水覆盖着。“这是物理学润湿性问题的两个极端例子。如果液体内部的相互作用比液体和表面之间的相互作用更强，那么液体原子就会粘在一起，形成单独的液滴。在相反的情况下，表面的强力拉力使液体扩散，形成一层薄膜。”该研究作者之一、物理学家Adrian Del Maestro说道。
50多年前，物理学家推测了第三种可能性——一种被称为“临界润湿”的奇怪现象，在这种现象中，液体的原子开始在表面形成一层薄膜，但当它们只有几个原子厚时，就会停止堆积。但是当时的物理学家不确定临界润湿是否真的存在。然后，在2010年，诺贝尔物理学奖授予了两位俄罗斯科学家，以表彰他们创造了一种叫做石墨烯的奇特形式的碳。石墨烯被证明是“测试临界润湿性的理想表面。”Del Maestro说——现在佛蒙特大学的研究小组已经用它在数学上证明了临界润湿性是真实存在的。
科学家们探索了三种轻气体——氢、氦和氮——在石墨烯表面的表现。在真空条件下，他们计算出这些气体的液体层将开始在一原子厚的石墨烯薄片上形成。但当“它有10或20个原子厚时，薄膜就停止了生长。”UVM物理系的石墨烯专家、该研究的作者Valeri Kotov说。
这种现象可以在量子力学中找到解释。虽然一个中性的原子或分子没有电荷，但在原子的一边或另一边，不断环绕着距离原子核较远的电子形成了瞬间的不平衡。电子密度的这些变化产生了范德华力。它在原子之间产生的吸引力只会延伸很短的距离。
由于石墨烯奇特而完美的平面几何结构，它没有静电电荷或化学键来固定液体，使得范德华力可承担起所有的重任。这就是为什么附着在石墨烯上的液体在薄膜离表面只有几个原子时，不再从蒸汽中吸引更多的原子。
设计一个可以观察到这种弱力的表面是非常具有挑战性的。但是UVM的科学家们得出一个结论：临界润湿似乎是一种普遍现象，普遍存在于目前众多形式的石墨烯中，以及越来越多的其他二维材料中。
科学家们的模型显示，在真空中，可以操纵一张悬浮的石墨烯薄片(上图)，以创造出一种液体薄膜(蓝色的原子，上面的原子)，它的厚度可以控制在3~50 nm。
通过拉伸石墨烯，将其掺杂到其他原子上，或者在附近应用一个弱电场，研究人员可以控制超薄薄膜中的原子数量。
Adrian Del Maestro表示，在能控制关键润湿性的前提下，工程师们或许可以定制纳米涂层，这种涂层不会掩盖石墨烯所需的性能，但可以为“下一代可穿戴电子设备和显示器”提供润滑和保护。
编译：Coke 审稿：alone
责编：南熙
