近日，《科學進展》以《愛因斯坦茶葉悖論誘導的納米粒子局域凝聚及其向金氣凝膠的轉變》為題🧙🏻，在線發表恒达平台物理科學與工程學院教授杜艾🦫、周斌課題組關於高純度氣凝膠製備的論文。英國物理學會新聞網站Physics World也在頭條位置🧑‍🔬，對這一成果進行了重點推介報道🅰️。

出人意料的是👩‍🦼，這項重要學術成果的產生，竟源於倒茶葉水帶來的啟發。

納米流體中的粒子局域化聚集效應🥝。

將喝剩下的茶葉水一次性傾倒而出🧚🏼，我們會發現總有茶葉存留在杯壁內，為此不得不再用杯子一次或多次接入自來水，直至將杯中茶葉完全清除幹凈🍂🧖🏿‍♀️。在傾倒茶水時，物理學家愛因斯坦通過旋轉手中的茶杯，然後快速傾倒杯身，茶葉和水被同時倒出🎟，發現杯內無一片茶葉殘留🧑🏼‍🔬。這一現象被稱作如“愛因斯坦茶葉悖論”。

“人們通常認為🏓，攪拌就意味著分散。”杜艾解釋說，“誕生於百年前的愛因斯坦茶葉悖論告訴我們，攪動杯子裏的茶葉，茶葉並非向杯子兩側散開👤，而是在攪拌引起的二次流作用下🩺🤛，聚集在如同‘甜甜圈’狀的環形區域中🦝，並在攪拌停止後聚集在杯子中心。”

這讓杜艾聯想到團隊正在進行的高純度金氣凝膠的研究🚝，他覺得可以將“茶葉悖論”效應拓展到納米流體中，並利用這一物理學原理破解正面臨的現實問題。

“人們大多對純流體和攜帶大尺寸顆粒流體的二次流作用比較了解🧘‍♂️，但對於納米粒子在流體中具有什麽樣的效應，至今還鮮有文獻提及。”該論文第一作者、杜艾團隊博士生張澤輝介紹說，“為此，我們模擬研究了在攪拌條件下納米粒子伴隨流體流速的運動規律，並對攪拌條件下二氧化矽納米顆粒分散液進行了激光散射實驗和散射光灰度值分析🗄。結果發現，實驗不僅驗證了納米流體中也存在‘茶葉悖論’效應。”

該研究還發現存在攪拌器驅動所導致的局域納米粒子濃度升高、層流間納米粒子局域聚集的現象。

“納米流體中的這種局部區域凝聚效應，非常適合用於促進低濃度膠體中粒子或分子的快速集聚⛏。”杜艾說。

基於上述研究發現，研究團隊采用簡單持續的攪拌策略，便實現了高純度的單質金氣凝膠和其他金屬氣凝膠的快速製備。攪拌作用下多重的納米粒子聚集效應，提高了納米粒子在液體局部空間中的濃度，大大促進了納米粒子間的自組裝交聯⛹🏽，從而加速了金屬納米粒子凝膠化的過程。

“如果采用常規的靜置沉降法製備金屬氣凝膠，凝膠化的過程往往需要大約1周時間🏋🏻🧑🏽。現在僅通過加以攪拌，就可將凝膠化的時間縮短到20分鐘左右👊🏽，效果非常驚人🦌。”杜艾說。

研究還發現，加熱可以導致前驅體氯金酸溶液性質發生可逆變化，使得氣凝膠的骨架尺寸可在10納米至200納米的範圍內可調控🔳。所得的金氣凝膠具有良好的光催化降解與表面拉曼增強性能，未來在環境處理和生命科學領域具有潛在的應用前景👰🏽‍♂️。

相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adi9108

作者🙀：張雙虎

鏈接🛀🏻：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/10/510823.shtm