Only Perception: 奈米碳管與水的新研究影響廣泛

2009-03-24

奈米碳管與水的新研究影響廣泛

New study on properties of carbon nanotubes, water could have wide-ranging implications
http://www.physorg.com/news142179749.html

October 02, 2008

根據來自於北卡羅來納大學（UNC）Chapel Hill 分校的研究者表示，一項關於水在奈米碳管內部之表現方式的新發現，也許牽連到從超薄高科技裝置的功能到科學家對於生物過程的了解。

這些發現，發表在 2008 10/3 當期的 Science 期刊上，與所謂「奈米侷限（nano-confined）」水的某種特性有關 -- 尤其是，中空奈米碳管在吸收（take in）液體容易與否，是否依賴它們的溫度。

除了闡明人造奈米材料的特性之外，研究還提到這些特性與生物性結構、現象的運作有關，那也在奈米尺度下作用。

這個科學家團隊，由 Yue Wu（音譯：吳岳）, Ph.D. 所領導，UNC 藝術與科學學院物理學教授，檢查直徑量起來只有 1.4 奈米的奈米碳管。這種無縫的圓柱體以數張石墨薄片（graphene，石墨烯） -- 片狀剝落的石墨層 -- 捲起製成。

"一般來說，石墨薄片為疏水性（hydrophobic），或「討厭水的」-- 它排斥水的方式如同滴落的露水將會滾離荷葉一樣，" Wu 表示。"但我們發現，在這些管中非常有限的空間內，水的結構會變化，而且有可能使石墨薄片與液體之間的關係轉變成親水性（hydrophilic），或「喜歡水的」。"

UNC 團隊使奈米碳管變得比較冷而辦到這件事。利用核磁共振 -- 類似於用在先進醫學 MRI 掃描器的技術 -- 他們發現大約在室溫（攝氏 22 度）附近，奈米碳管內部只會勉強將水吸入。

然而，當碳管冷卻到攝氏 8 度時，水就輕易地進入內部。Wu 表示，這證明讓在奈米侷限區域 -- 不管是人造或天然的 -- 中的水呈現出不同的結構與特性是可能的，端賴侷限區域之大小及溫度。

就潛在的實際應用而論，Wu 指出，未來沿著此路線進行的研究可能衝擊到高科技裝置（例如，奈米流體晶片，其作用如同微小的實驗室）、微孔吸收性材料（microporous sorbent materials，例如用於濾水器、防毒面具的活性碳以及滲透膜）的設計。

"那或許是藉由利用這種親水性--疏水性的轉變，或能將溫度變化當成某種「開啟--關閉」的開關使用、透過奈米管道來改變水的黏性，並控制液體流動。"

Wu 也提到，這項研究也許涉及到科學家對許多生命基石的運作（例如蛋白質，其結構亦有奈米侷限之疏水性區域）的理解，以及「它們與水如何互動」在其如何作用中，所扮演角色的理解。例如，這樣的互動在一種稱為「蛋白質折疊」的過程中扮演了一種重要的角色，那決定一個蛋白質的最終形狀與特性。折疊錯誤的蛋白質被認為是數種神經退化性疾病與其他疾病的起因之一。

"我們並沒有完全理解蛋白質因冷卻而展開的背後機制，" Wu 說。"這種因冷卻所引發的疏水性--親水性轉變可能扮演了某種角色嗎？我們不知道，但那值得探究。"

※ 相關報導：

＊ Temperature-Induced Hydrophobic-Hydrophilic Transition Observed by Water Adsorption
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/sci;322/5898/80

Hai-Jing Wang, Xue-Kui Xi, Alfred Kleinhammes, Yue Wu
Science 3 October 2008: Vol. 322. no. 5898, pp. 80 - 83
DOI: 10.1126/science.1162412

＊ Researchers discover method for mass production of nanomaterial graphene
http://www.physorg.com/news145544727.html

.... Led by Yang Yang（音譯：楊陽）, a professor of materials science and engineering at the UCLA Henry Samueli School of Engineering, and Richard Kaner, a UCLA professor of chemistry and biochemistry, the researchers developed a method of placing graphite oxide paper in a solution of pure hydrazine（聯氨） (a chemical compound of nitrogen and hydrogen), which reduces the graphite oxide paper into single-layer graphene.（將氧化石墨紙置於純聯氨溶液中可大量產生單層的石墨烯）