这篇论文的研究由纽约大学阿布扎比的Patrick Commins教授及其团队完成，研究成果发表在《Nature Chemistry》期刊上。该研究探讨了在逐渐升华的六氯苯晶体表面上，水的自主和双向流动及颗粒运输的机制。
自然界中，许多材料的化学和形态特征能够推动和运输流体，这为人工材料的设计提供了灵感，尤其是在从空气湿度中收集和储存水的应用中。研究团队发现，六氯苯晶体表面上平行微通道的逐渐扩展能够促进凝结水的自主和双向传输。这一现象是由晶体表面的拓扑变化和水与气相的交换驱动的，凝结水滴在晶体表面上迁移，并能够运输银颗粒和其他颗粒物质，如灰尘。研究表明，颗粒的迁移速度与晶体的升华速率和环境的相对湿度有关。这一发现为理解和利用自然界中的水运输机制提供了重要的科学基础。
研究团队通过一系列实验观察了六氯苯晶体表面的水流动和颗粒运输现象。首先，他们利用光学共聚焦显微镜对晶体表面进行成像，发现水滴的运动与表面水的存在密切相关。通过在晶体表面施加银微颗粒（AgMPs），研究人员能够清晰地观察到这些颗粒在水流的推动下沿着微通道移动。实验中，研究人员还发现颗粒的迁移速度与晶体的升华速率和环境的相对湿度有关。通过调节温度和湿度，研究团队能够控制颗粒的运动速度和方向，进一步验证了升华和湿度对颗粒运动的影响。
在研究过程中，团队面临了一些挑战。首先，如何在实验中准确测量和控制环境湿度和温度，以确保实验结果的可靠性，是一个重要的难点。此外，观察和记录微小颗粒的运动轨迹需要高精度的显微技术，这对设备和实验设计提出了较高的要求。研究团队使用了Nanoscribe的设备进行三维直接激光写入，以制造具有特定微通道结构的样品，这为后续的水流动和颗粒运输实验提供了必要的支持。
另一个挑战是理解水流动的机制。研究团队需要深入分析水在微通道中的流动行为，以及如何通过升华引起的表面拓扑变化来推动水的运动。这一过程涉及复杂的物理和化学现象，需要多学科的知识和技术支持。研究表明，水的运动不仅受到表面微通道的影响，还与环境湿度、温度以及颗粒的大小和形状密切相关。
这项研究的发现为未来的水收集和运输技术提供了新的思路。通过利用动态表面结构的升华特性，研究团队展示了如何实现自主水流动，这一机制可能在微流体技术、传感器、单细胞分析等领域具有广泛的应用潜力。未来，研究人员可以进一步探索其他类型的材料和结构，以实现更高效的水收集和运输。此外，结合纳米技术和生物启发的设计理念，开发新型的水收集装置和自清洁表面，可能会在环境保护和资源管理方面发挥重要作用。
总之，Patrick Commins教授及其团队的研究为理解和利用自然界中的水运输机制提供了重要的科学基础，未来的研究将有助于推动相关技术的发展，造福社会。通过对六氯苯晶体表面微通道的深入研究，研究团队不仅揭示了水流动的自主机制，还为未来的水资源管理和环境保护提供了新的解决方案。这项研究的成果将激励更多的科学家和工程师探索自然界中的灵感，以开发出更高效、更可持续的水收集和运输技术。
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https://doi.org/10.1038/s41557-023-01158-5
