Experiment i silico avslöjar molekylära mekanismer för ytvätning:nanodropletgeometri som används vid beräkning av vattenkontaktvinkel på plattad melittin, en naturlig nanopatronerad yta. Bild med tillstånd av Alenka Luzar, Ph.D., /VCU.
(PhysOrg.com)-Forskare från Virginia Commonwealth University har identifierat de molekylära mekanismerna som spelar för de icke-additiva vätande fria energierna på kemiskt heterogena ytor.
Över discipliner, forskare har länge undrat hur man bäst kan förutsäga hydrofobicitet - det vill säga en molekyls motståndskraft mot vätning - av en blandad yta från kunskapen om dess rena beståndsdelar. Dessa fynd ger insikt i det grundläggande fysiska fenomenet och kan användas för att förutsäga och förstå energikostnaden för att blöta en yta, som kan tillämpas på nanokemi, materialvetenskap och biofysik. Studien publicerades i 1 april-numret av Förfaranden från National Academy of Sciences .
”Arbetet adresserar, via simuleringar på molekylär nivå, ett rutinmässigt inslag i makroskopiska ytmätningar som görs dagligen i experimentella laboratorier och visar att de observerade resultaten kan tolkas ganska enkelt när molekylskalaegenskaperna hos ytopografi, och lite kemi, anses, " sa chefsutredaren Alenka Luzar, Ph.D., professor vid VCU Institutionen för kemi.
Enligt Luzar, Att förstå vätning av nanopatronerade ytor på molekylär nivå är viktigt för vardagliga tillämpningar inom materialvetenskap, till exempel, bläckstråleskrivare, och biologi i proteinhydrering.
"Lösningsmedel tillgång till distinkta ytingredienser, förutom den kemiska sammansättningen, är nyckeln till vätbarheten hos ett heterogent material. Denna idé kan vägleda datorstödd design av förbättrade material och hjälper till att förklara lösligheten och funktionen av biomolekyler i vattenlösning, ”Sa hon.
Teamet visade icke-additivitet för kontaktvinkeln, eller vidhäftningsenergin, om fraktionen av hydrofoba/hydrofila kemier genom att mäta nanodroppkontaktvinklar på modellytor. De fann att dessa avvikelser var positiva, vilket betyder att ytan är mer hydrofil vid en given bråkdel än tidigare förutspådd av linjär förväntning, eller negativ, vilket betyder att ytan är mer hydrofob än tidigare förutspått. Luzar sa att källan till dessa effekter kan spåras ner till storleksasymmetri av distinkta ytfunktioner, som de mer framträdande grupperna gömmer de mindre.
