圖1 影視作品中的液體門

在影視作品中，一種特殊的門已經(jīng)被人們所熟知：液體門。正如圖1所示的星際之門和傳送門，它們可以作為一種宏觀的門傳輸通過。這給了作者們很大的啟發(fā)，通過選用磁場下的形態(tài)可控的磁流體，結(jié)合超親水納米通道成功實現(xiàn)了納米限域內(nèi)的智能離子傳輸（圖2）。

圖2 磁響應(yīng)離子門控開關(guān)的設(shè)計

通過對納米通道的不同浸潤性修飾，我們可以發(fā)現(xiàn)隨著納米通道對磁流體的浸潤性逐漸增加，門控比逐漸降低，穩(wěn)定性也逐漸減弱。在超親水的納米通道上實現(xiàn)了最佳的門控效果，門控比可達(dá)10000，深入的穩(wěn)定性實驗表明該液體門控可實現(xiàn)超過100次的穩(wěn)定開關(guān)（圖3）。

圖3 不同浸潤性納米通道的離子門控傳輸效果

進一步的深入探究發(fā)現(xiàn)，超親水薄膜在表面以及納米通道內(nèi)部都不會對磁流體產(chǎn)生粘滯。其主要原因包括，1超親水納米通道內(nèi)存在很大的毛細(xì)阻力，阻止其進一步的進入通道內(nèi)部。2超親水表面有一層致密的結(jié)合水保護其被磁流體污染（圖4）。

圖4 不同浸潤性納米通道的黏附性分析

該研究工作的意義在于首次實現(xiàn)磁流體在納米流體限域空間內(nèi)的可控離子傳輸。通過磁力和界面張力的競爭，可以實現(xiàn)油溶性磁流體在水下的可控形狀變化。對膜潤濕性研究表明，超親水表面上的結(jié)合水起到保護層的作用，并且導(dǎo)致高的門控比和良好的穩(wěn)定性。磁流體的引入開辟了納米級傳輸調(diào)節(jié)的新途徑。納米流體的多功能性和易于操作有益于許多實際應(yīng)用，例如微流體系統(tǒng)、能源發(fā)電和海水淡化等裝置，有望進行大規(guī)模生產(chǎn)。這項工作可以進一步推廣到其他納米級孔隙，用于智能膜材料的開發(fā)，納米級反應(yīng)器，化學(xué)分離和電池膜甚至可擴展到藥物輸送，醫(yī)療設(shè)備和生物測定傳感器等領(lǐng)域。

參考文獻：D. Y. Wang, S. Zheng, H. Liu, J. Y Tang, W. N. Miao, Y. Tian, H. Yang, L. Jiang, A magnetic gated nanofluidic based on the integration of super-hydrophilic nanochannels and reconfigurable ferrofluid. Adv. Mater. 2018, 1805953.

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201805953