不同方向石墨烯片構(gòu)筑納米孔隙浸潤特征*

王文遠 謝章 郝少倩 吳鋒民 寇建龍?

1) (浙江師范大學(xué),凝聚態(tài)物理研究所,金華 321004)

2) (山西大學(xué),理論物理研究所,太原 030006)

以石墨烯為基質(zhì)構(gòu)筑的納米孔隙存在兩種壁面結(jié)構(gòu),水滴浸潤納米孔隙在微流動方面至關(guān)重要.本文鑒于實驗報道的石墨烯結(jié)構(gòu),構(gòu)建了兩種石墨烯納米孔隙,利用全原子分子動力學(xué)模擬方法研究了納米水滴浸潤兩種納米孔隙.發(fā)現(xiàn)兩種不同排列石墨烯構(gòu)筑相同尺度的納米孔隙展現(xiàn)出完全不同的浸潤特點,一種是放置在納米孔隙入口處的水滴會自發(fā)浸潤孔隙,另一種是水滴完全不會浸潤孔隙.通過分析兩種納米孔隙結(jié)構(gòu),總結(jié)出了產(chǎn)生上述現(xiàn)象主要歸因于納米孔隙內(nèi)外表面的潤濕性差異.建立了納米孔隙內(nèi)外表面完全一樣的結(jié)構(gòu),構(gòu)建了水滴浸潤納米孔隙的潤濕性相圖,給出了水滴浸潤納米孔隙的一般性規(guī)律.

1 引言

隨著器件的小型化,壁面的特性直接影響器件的性能,對壁面微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識成為了當(dāng)前重要研究內(nèi)容[1-5].石墨烯作為一種新型二維材料,具有良好的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性質(zhì)[6-8],在半導(dǎo)體、能源存儲、微流控等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[9-11].由于石墨烯結(jié)構(gòu)的特殊性,近年來以石墨烯為結(jié)構(gòu)材料構(gòu)建的納米孔隙,在研究水流動[12,13]、離子分離[14,15]、DNA 探測[16,17]等成為了新的熱點.已報道,表面涂有石墨烯的銅納米孔隙相比于裸銅納米孔隙,水流速增大了90 倍[18].受限在石墨烯孔隙中的水分子常溫下可以結(jié)冰等等[19,20].當(dāng)前,以石墨烯為基質(zhì)構(gòu)建的納米孔隙存在兩種結(jié)構(gòu),一種是多層堆疊二維薄膜[21],另一種是豎直陣列薄膜[22].利用氣相沉積方法獲得的石墨烯薄膜,再通過離子刻蝕方式產(chǎn)生孔隙,該孔隙一般是多層堆疊二維薄膜.利用范德瓦耳斯自組裝原理選擇性控制形成的納米孔隙,呈現(xiàn)豎直陣列薄膜.前者的孔隙壁面是由邊緣面構(gòu)成,而后者的孔隙壁面是由基面構(gòu)成.最初在1988 年,Katagiri 等[23]就發(fā)現(xiàn)石墨邊緣面的拉曼光譜與基面有較大的差異,表明石墨結(jié)構(gòu)存在各向異性.Choi 等[24]評估了碳材料邊緣表面積對電催化性能的重要性.Wei 等[25]實驗測量了石墨邊緣面的親疏水性,其結(jié)論與W?och 等[26]的模擬結(jié)果存在差異.

水滴進入納米孔隙是研究流動的第一步.近年來,對水滴浸潤納米孔隙為研究對象,已有一些報道.Fujiwara 等[27,28]發(fā)現(xiàn)孔隙的寬度是影響水滴浸潤的關(guān)鍵,證實了當(dāng)浸潤現(xiàn)象發(fā)生時,孔隙內(nèi)單位體積水分子的總能量總是低于孔隙外部的總能量.由于縱向排列的石墨烯孔隙為近期成功合成,當(dāng)前對上述兩種石墨烯組成納米孔隙的浸潤特點還未有深入研究.

本文利用分子動力學(xué)模擬方法研究了兩種納米孔隙的浸潤特點.結(jié)果表明,由于石墨烯獨特的層狀結(jié)構(gòu),不同方向排列石墨烯構(gòu)筑的納米孔隙在界面和壁面上存在微觀結(jié)構(gòu)差異,這會導(dǎo)致孔隙內(nèi)外的親疏水性不同.納米孔隙內(nèi)外表面的親疏水差異是影響水滴浸潤孔隙的直接原因.

2 模擬方法

2.1 模型和參數(shù)

為研究不同石墨烯排列對所形成的納米孔隙的浸潤,基于實驗結(jié)果本論文建立了兩種模型系統(tǒng)[21,22].為了減少模擬計算量,本文僅構(gòu)建了一個單元,即一個納米孔隙.圖1(a)為層疊堆垛模型,即ESC(edge surface channel)模型,左右各由21 層同樣尺寸的石墨烯片間隔為0.34 nm 垂直堆疊而成[29,30],壁面間距為2 nm.圖1(b)是陣列模型,即BPC(basal plane channel)模型,對ESC 模型的每一石墨烯片旋轉(zhuǎn)90°,使其豎直排列,孔隙壁面仍然保持間距為2 nm.由4055 個水分子組成的水滴放置在上述納米孔隙入口處,從而研究水滴浸潤特征.文中所有示意圖均使用VMD 可視化軟件進行繪制[31].

圖1 兩種石墨烯構(gòu)筑的納米孔隙 (a)(b) 分別為ESC 和BPC 模型的初始模擬系統(tǒng),插圖為ESC 模型的局部放大圖Fig.1.Two kinds of graphene nanochannels: Initial simulation systems of the ESC model (a) and BPC model (b),respectively.The inset shows the partial enlargement of structure.

對于上述系統(tǒng),均基于分子動力學(xué)軟件Gromacs[32],在正則系綜下進行分子動力學(xué)模擬.系統(tǒng)采用V-rescale 方法使其溫度控制在300 K[33].系統(tǒng)中的水分子采用三點水模型(SPC/E)描述[34].由于石墨烯空間的對稱性,本文石墨烯均未帶電,石墨烯與其他分子之間的范德瓦耳斯相互作用采用Lennard-Jounes(LJ)勢能關(guān)系進行計算,其中σCO=3.19 ?,εCO=0.392 kJ/mol[35],截斷半徑選取為1.4 nm.對于水-水之間的長程靜電相互作用,本文利用PME(particle-mesh ewald)方法進行統(tǒng)計,截斷半徑設(shè)置為1.4 nm[36].全部計算均采用OPLS-AA 力場[37].系統(tǒng)的3 個方向均采用周期性邊界條件.在z方向選取足夠的空間來避免因周期邊界造成的影響,在x和y方向選取系統(tǒng)尺寸等于石墨烯的尺度,即: 在x方向可以看作是周期性孔隙,在y方向為無限長孔隙,在z方向為無限大空間.模擬的積分時間步長為2 fs[38],每2ps 收集一次數(shù)據(jù),模擬總時間不少于10 ns,每個系統(tǒng)均進行3 次模擬來確?，F(xiàn)象的準(zhǔn)確性.

2.2 接觸角計算

一個平衡狀態(tài)下的液滴,實際上是球體的一部分.如圖2 所示,已知液滴的高度h和球體的半徑R,接觸角滿足:

圖2 計算水滴在界面上接觸角示意圖Fig.2.Schematic diagram of calculating contact angle of droplet on the surface.

其中,h,R可以通過液滴的體積V和固體與液滴接觸面積S來定量計算,具體關(guān)系如下:

基于方程(2)和(3),通過統(tǒng)計液滴體積V和固體與液滴接觸面積S計算水滴的瞬時接觸角.每個水滴模擬時間不少于5 ns,最后4 ns 用來統(tǒng)計接觸角,每2 ps 保存一次模擬快照.通過統(tǒng)計每一個模擬快照的接觸角,并對所有角度進行求平均,所得角度為水滴在界面上的接觸角.詳細過程見參考文獻[39].

2.3 面密度計算

為表征納米孔隙界面與壁面的微觀結(jié)構(gòu)差異,定義面密度(σ),即面內(nèi)單位面積所包含的原子數(shù).如計算ESC 模型中界面的面密度,即xy面,具體計算步驟如下: 第一,不考慮碳原子半徑,采用質(zhì)點代替每個原子;第二,將盒子沿z方向劃分成n個區(qū)域,離散后的每個區(qū)域Δz相同,為了避免兩層石墨烯中的碳原子出現(xiàn)在一個區(qū)域中,需Δz＜0.34 nm.第三,統(tǒng)計每個Δz區(qū)域所包含的碳原子數(shù)ΔN和每個xy平面被原子占據(jù)的面積ΔS,根據(jù)σ=ΔN/ΔS計算面密度.

2.4 水滴勢能計算

為了分析水滴在浸潤孔隙過程的勢能變化,對ESC 孔隙上的水滴施加一指向孔隙內(nèi)部的恒外力(F=9.09×10—10N),使其能夠在1 ns 時間內(nèi)緩慢地浸潤孔隙.BPC 孔隙上的水滴可以自發(fā)浸潤孔隙,故無需對該軌跡進行處理.

水滴勢能計算方法如下:

其中EP為水滴勢能,EVdW(SOL-C)為水滴與石墨烯之間的范德瓦耳斯相互作用能,ECoul(SOL-C)為水滴與石墨烯之間的庫倫相互作用能,EVdW(SOL-SOL)為水滴自身水分子間的范德瓦耳斯相互作用能,ECoul(SOL-SOL)為水滴自身水分子間的庫倫相互作用能,由于考慮的石墨烯未帶電,故ECoul(SOL-C)=0.最終EP為:

3 結(jié)果與討論

最初,將水滴置于模型中所描述的兩種納米孔隙入口處,見圖1(a)和(b).通過對模擬結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)水滴在兩種孔隙上的最終浸潤狀態(tài)完全不同.在ESC 上的水滴,水滴會遠離納米孔隙,孔隙顯示出排斥特點,見圖3(a)中的插圖Ⅰ.在BPC 上的水滴,水滴會自發(fā)進入納米孔隙中,呈現(xiàn)完全潤濕狀態(tài),見圖3(a)中的插圖Ⅱ.為了定量展示水分子進入納米孔隙過程,本文統(tǒng)計了不同時間納米孔隙內(nèi)的水分子數(shù)目,見圖3(a).從圖3(a)可以清晰看到,對于BPC 孔隙,水滴在0.62 ns 內(nèi)會完全進入納米孔隙,完全進入納米孔隙的水分子會穩(wěn)定的停留在納米孔隙中,而水滴不會進入ESC 孔隙中.此外,本文測試了納米水滴大小、孔隙寬度和孔隙深度對浸潤狀態(tài)的影響,見圖3(b)和附錄圖A1.結(jié)果表明,在所考慮的水滴大小、孔隙寬度和孔隙深度范圍內(nèi),這些結(jié)構(gòu)參量對兩種浸潤特征不敏感.總之,相對于ESC,水滴更易浸潤在BPC 孔隙中.

圖3 (a) ESC(紅色)和BPC(藍色)孔隙內(nèi)水分子數(shù)目隨時間的變化趨勢,插圖Ⅰ和Ⅱ分別為ESC 和BPC 模型最終浸潤狀態(tài)的模擬快照;(b) 不同尺寸水滴浸潤ESC 和BPC 模型的最終浸潤狀態(tài)Fig.3.(a) Evolution of the number of water molecules in the nanochannel of ESC (red) and BPC (blue) with time,insets I,II are the simulation snapshots of the final infiltration states with ESC model and BPC model,respectively;(b) final infiltration states of ESC and BPC models with different sizes of water droplets.

通過對比兩個初始模型可以看出,兩種納米孔隙界面與壁面的原子排列不同.在ESC 模型中,界面由石墨烯基面(basal plane)構(gòu)成,呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),而孔隙壁面是邊緣面(edge surface),呈陣列狀結(jié)構(gòu),BPC 模型則恰好相反.圖4(a)展示了石墨烯基面和邊緣面的面密度差異.由圖4(a)可見,石墨烯基面的原子數(shù)是38.1 nm—2,邊緣面的原子數(shù)是13.8 nm—2,也就是說,由不同方向石墨烯構(gòu)筑的納米孔隙內(nèi)外表面表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)各向異性,這與Katagiri等[23]報道的結(jié)果一致.兩個表面碳原子面密度的不同,說明水滴所受作用力不同.對此,本文以上述兩種石墨烯排列方式組成基底,測試了由4055個水分子組成的水滴在其表面上的接觸角,見圖4(b)兩種表面上水滴的模擬終態(tài).對于層疊基底,水滴在其表面的接觸角為85°,這與Wender的結(jié)果是一致的[30],而陣列基底,水滴的接觸角為116°.也就是層疊表面呈現(xiàn)親水性,而陣列表面為疏水性.僅石墨烯排列放置方位差別,導(dǎo)致其接觸角相差很大,致使孔隙內(nèi)外展現(xiàn)出潤濕各向異性.從受力角度可以推斷: 對于ESC 結(jié)構(gòu),孔隙壁面(θ＞ 90°)對水的吸引力小于界面(θ＜ 90°),這樣會產(chǎn)生一個向外的驅(qū)動力,導(dǎo)致水滴無法浸潤孔隙,致使在ESC 結(jié)構(gòu)中水滴會被排斥偏離納米孔隙入口;對于BPC 結(jié)構(gòu),孔隙壁面(θ＜ 90°)對水吸引力大于界面(θ＞ 90°)對水的吸引力,從而產(chǎn)生一指向孔隙內(nèi)部的驅(qū)動力,使得水滴能夠自發(fā)的浸潤納米孔隙.通過上述分析可以得出,水滴會從疏水界面進入親水孔隙中,而停留在親水界面上的水滴無法進入疏水孔隙中.

圖4 (a) 石墨烯基面(藍色)和邊緣面(紅色)的面密度大小,L為垂直于該面統(tǒng)計的厚度;(b) 水滴在層疊基底和陣列基底上的接觸角輪廓圖Fig.4.(a) Area density of graphene basal plane (blue) and edge surface (red),L is the statistical thickness perpendicular to the surface;(b) contact angles profiles of water droplets on the laminated substrate and the array substrate,respectively.

水滴浸潤兩種納米孔隙的勢能變化如圖5 所示.模擬時間在0—60 ps 內(nèi)EP都存在一個小范圍的下降.這是由于水滴內(nèi)部分子之間存在氫鍵作用[40],使初始正方水滴逐漸變成球狀,同時水滴與固體表面相接觸,導(dǎo)致EP降低.對于ESC,模擬在60—1000 ps 時間范圍內(nèi),水滴在恒外力的驅(qū)動下浸潤孔隙,EP逐漸增大且波動明顯,說明水滴浸潤ESC是無法自發(fā)進行的,也就是水滴不會從勢能低點(孔隙外)移動到勢能高的位置(孔隙內(nèi)).對于BPC,模擬時間在60—700 ps 內(nèi),EP明顯降低,從原來的—1.82×105kJ/mol 迅速下降至約—1.877×105kJ/mol.結(jié)合圖3(a),EP下降區(qū)間正好對應(yīng)水滴主動浸潤孔隙的過程,說明當(dāng)水滴浸潤到孔隙內(nèi)部時水滴的勢能變得更小,水滴處于更加穩(wěn)定的狀態(tài).這意味著,水滴在ESC 孔隙內(nèi)的勢能相比于外部較高,因此無法自發(fā)浸潤,而水滴在BPC 孔隙內(nèi)的勢能相比于外部更低,水滴可以自發(fā)浸潤.該勢能分析結(jié)果與上一段受力分析結(jié)果相一致.

圖5 水滴浸潤ESC 納米孔隙(紅色)和BPC 納米孔隙(藍色)過程中水滴的勢能Fig.5.Potential energy of water droplet infiltration nanochannel of ESC (red) and BPC (blue),respectively.

此外,本文統(tǒng)計了各項能量對水滴浸潤孔隙過程的影響,具體計算過程見模擬方法.圖6(a)展示了水滴浸潤兩種納米孔隙過程中水與孔隙之間的范德瓦耳斯作用(EVdW(SOL-C))的變化情況,發(fā)現(xiàn)EVdW(SOL-C)都呈下降趨勢,其中水滴浸潤BPC 過程中EVdW(SOL-C)的下降幅度遠大于水滴浸潤ESC時的下降幅度.表明該相互作用能對水滴浸潤兩種孔隙起著不同程度的促進作用.從圖6(b)可以看到,水滴浸潤ESC 和BPC 過程中水與水之間范德瓦耳斯作用(EVdW(SOL-SOL))幾乎保持不變,說明EVdW(SOL-SOL)對于水滴浸潤孔隙的影響可以忽略不計.圖6(c)為在浸潤過程中水滴自身水分子間庫倫相互作用(ECoul(SOL-SOL))變化情況,兩者ECoul(SOL-SOL)都存在一定幅度的上升,表明ECoul(SOL-SOL)對浸潤孔隙起抑制作用.綜上,水滴在浸潤孔隙過程中,EVdW(SOL-C)和ECoul(SOL-SOL)起主導(dǎo)作用,而EVdW(SOL-SOL)對該過程無影響.將EVdW(SOL-C)和ECoul(SOL-SOL)之和的變化情況(圖6(d))與EP(圖5)進行對比,可以發(fā)現(xiàn)兩者變化趨勢相同,進一步驗證了EVdW(SOL-C)和ECoul(SOL-SOL)對水滴能否自發(fā)浸潤孔隙起主導(dǎo)作用這一結(jié)論.

圖6 兩種系統(tǒng)水滴浸潤孔隙過程能量變化 (a) 水與孔隙之間的范德瓦耳斯作用 (EVdW(SOL-C));(b) 水與水之間范德瓦耳斯作用 (EVdW(SOL-SOL));(c) 水與水之間的庫倫作用 (ECoul(SOL-SOL));(d) 水與孔隙之間的范德瓦耳斯作用和水與水之間的庫倫作用之和Fig.6.Energy evolution in the process of water droplets infiltrating nanochannel in two systems: (a) Van der Waals interaction between water and nanochannel,EVdW(SOL-C);(b) Van der Waals interaction between water and water,EVdW(SOL-SOL);(c) Coulomb interaction between water and water,ECoul(SOL-SOL);(d) sum of Van der Waals interaction between water and nanochannel and Coulomb interaction between water and water.

為了進一步確定孔隙界面與壁面上潤濕性對水滴浸潤的影響,本文建立了一個納米孔隙界面(A)與壁面(B)具有同樣結(jié)構(gòu)的理想模型,僅研究A、B 兩表面潤濕性產(chǎn)生影響.孔隙的初狀態(tài)構(gòu)型見圖7(a)插圖,構(gòu)成納米孔隙的面均為鍵長是0.32 nm的剛性方形晶格板,納米孔隙同樣設(shè)置為2 nm.為了避免孔隙入口處原子排列對水滴浸潤造成影響,在構(gòu)建模型時將納米孔隙壁面原子下移,如同一塊完整的界面從中垂直彎折.晶格板中的每個原子不帶電,非鍵相互作用利用LJ 范德瓦耳斯相互作用計算,可以寫成:方程中λ是調(diào)節(jié)界面的因子.早期已經(jīng)報道,通過改變λ可以調(diào)節(jié)表面的潤濕性[41,42].方程中兩個基準(zhǔn)參數(shù)來源于文獻[43],σCC=0.40 nm,εCC=2.09 kJ/mol,參數(shù)對應(yīng)的固有接觸角約為91°.圖7(a)說明調(diào)節(jié)因子λ與水滴的接觸角值呈線性關(guān)系.隨著調(diào)節(jié)因子λ的增大,水滴的接觸角會減小,說明界面更加親水.

圖7 (a) 表面調(diào)節(jié)因子λ 與表面接觸角的函數(shù)關(guān)系,插圖為納米孔隙的初始構(gòu)型(不含水滴);(b) 浸潤相圖,即納米孔隙界面調(diào)節(jié)因子λA 與壁面調(diào)節(jié)因子λB 對水滴浸潤納米孔隙的影響,插圖Ⅰ和Ⅱ分別代表該區(qū)域的最終浸潤狀態(tài)Fig.7.(a) Surface tuning factor λ as a function of the intrinsic contact angle of the surface,the inset shows the initial configuration of the nanochannel (without water droplets);(b) the wetting phase diagram,the effect of interfacial tuning factor λA and wall tuning factor λB on the infiltration of water droplets into the nanochannel,insets I and II represent the final infiltration state of the region,respectively.

為了定量A,B 面的潤濕性與水滴浸潤孔隙的關(guān)系,本文對A,B 面分別設(shè)置不同的λ值來統(tǒng)計水滴最終的浸潤狀態(tài),如圖7(b)所示.圖中深藍色的帶狀區(qū)域為臨界區(qū)域,水滴在該區(qū)域?qū)?yīng)的參數(shù)界面,水滴可能進入或離開納米孔隙,具有一定的隨機性.臨界區(qū)域上方為水滴浸潤區(qū)域,下方為非浸潤區(qū)域,這3 個區(qū)域共同組成了納米孔隙內(nèi)外表面潤濕性調(diào)控水滴浸潤的相圖.從圖7(b)可以看出,隨著λA增大,臨界區(qū)域?qū)?yīng)的λB也會增大.這也說明當(dāng)界面變得親水,孔隙壁面須增大其親水性水滴才會自發(fā)浸潤.利用該相圖,如果確定了A,B 面的潤濕性,可以判斷水滴是否浸潤納米孔隙.綜上所述,水滴是否浸潤,A,B 面的潤濕性起著重要作用,或者說水滴是否浸潤納米孔隙是A,B 面潤濕性競爭的結(jié)果.

為了檢驗本文建立的兩個由不同方向石墨烯組成的孔隙結(jié)構(gòu)是否滿足上述相圖,將兩種結(jié)構(gòu)基底的接觸角(圖4(b))反演到調(diào)節(jié)因子λ,ESC 與BPC 對應(yīng)的相圖點分別在非浸潤區(qū)域和浸潤區(qū)域,這說明了該相圖可以很好揭示上述浸潤現(xiàn)象.

4 結(jié)論

本文利用分子動力學(xué)模擬方法對由不同方向排列石墨烯組成納米孔隙的浸潤特點進行了研究,發(fā)現(xiàn)兩種排列石墨烯組成的孔隙表現(xiàn)出完全不一樣的浸潤特點.通過計算面密度,發(fā)現(xiàn)兩種孔隙表面的面密度不同,從而引起了潤濕性差異.孔隙界面和壁面的潤濕性差異決定了水滴能否浸潤納米孔隙,孔隙壁面越親水或界面越疏水,水滴越容易浸潤納米孔隙.從能量學(xué)角度分析,水滴在ESC 孔隙內(nèi)的勢能相比于外部較高,而水滴在BPC 孔隙內(nèi)的勢能相比于外部更低.因此,水滴可以自發(fā)浸潤BPC.水滴與孔隙的范德瓦耳斯作用和水滴內(nèi)部庫倫作用對水滴能否自發(fā)浸潤孔隙起主導(dǎo)作用,而水滴內(nèi)部范德瓦耳斯相互作用對浸潤過程無影響.進一步建立了水滴浸潤納米孔隙相圖,給出了水滴浸潤納米孔隙廣義規(guī)律.研究結(jié)果將為納米器件設(shè)計以及納米表面清洗等提供參考.

納米孔隙廣泛存在于地質(zhì)能源存儲介質(zhì)中、納米材料以及自然界界面上等,如需詳細討論其浸潤特征,在利用本文結(jié)論的基礎(chǔ)上,還需針對不同介質(zhì)考慮其本身的物理性質(zhì)和空間構(gòu)型,這也將是未來需要深入開展的研究內(nèi)容.如在本研究模型底部放置一層完整基底進行封閉,該模型實際上是納米界面上粗糙基地一個單元構(gòu)型,已收到廣泛研究[44-47].如果在該封閉結(jié)構(gòu)中討論水滴的浸潤特點,一側(cè)封閉后水滴會比目前沒有封閉更容易進入納米孔隙,對于該模型圖7(b)相圖曲線會向下移動,即水滴浸入納米孔隙,需要較小的λB.

附錄

定義孔隙寬度(d)和孔隙深度(H),在測試其浸潤特征時所用水滴尺寸為5 nm×5 nm×5 nm(4055 個水分子);孔隙寬度范圍為: 1 nm ≤d≤ 4 nm;孔隙深度范圍為:1 nm ≤H≤ 10 nm.為了表達浸潤狀態(tài),這里分別使用數(shù)字“0”和數(shù)字“1”表示非浸潤與浸潤.不同孔隙寬度的浸潤特征如附錄圖A1(a)所示,表明不同孔隙寬度下,ESC 上的水滴最終都沒有浸潤,而BPC 上的水滴都自發(fā)的浸潤到孔隙當(dāng)中.附錄圖A1(b)展示了不同孔隙深度的浸潤情況,可以看出在所測深度范圍下,孔隙深度對水滴浸潤狀態(tài)無影響.

圖A1 不同孔隙寬度和深度下水滴的浸潤狀態(tài) (a) 寬度影響 (b) 深度影響Fig.A1.Infiltration characteristics of nanochannels in different widths (a) and depths (b),respectively.