异性相吸，喜欢相斥？ 科学家颠覆物理学基本原理

“相反的电荷相吸； “同种电荷相互排斥”是基础物理学的基本原理。 然而，牛津大学最近发表在该杂志上的一项新研究 自然纳米技术， 他证明，溶液中带相似电荷的粒子实际上可以在长距离内相互吸引。

同样令人惊讶的是，研究小组发现，根据溶剂的不同，带正电和带负电的粒子的效果有所不同。

除了推翻长期以来的信念之外，这些结果还对涉及不同长度尺度的分子间和分子间相互作用的一系列过程产生了直接影响，包括自组装、结晶和相分离。

牛津大学化学系的研究小组发现，带负电的粒子在远距离处相互吸引，而带正电的粒子相互排斥，而酒精等溶剂的情况则相反。

这些结果令人惊讶，因为它们似乎与中心电磁原理相矛盾，即同号电荷之间的力在所有分离中都是排斥的。

实验观察

现在，利用明场显微镜，研究小组追踪了悬浮在水中的微小带负电的二氧化硅颗粒，发现这些颗粒相互吸引，形成有序的六边形簇。 然而，带正电荷的氨基二氧化硅分子在水中不会形成簇。

利用考虑了界面处溶剂结构的粒子相互作用理论，研究小组证明，对于水中带负电的粒子，在大分离距离处存在吸引力超过静电斥力，从而导致形成团块。 对于水中带正电的颗粒，这种溶剂驱动的反应始终是排斥的，并且不会形成聚集体。

人们发现这种效应取决于 pH 值：研究小组能够通过改变 pH 值来控制带负电粒子簇的形成（或不形成）。 无论 pH 值如何，带正电的分子都不会形成簇。

溶剂特异性效应和其他发现

当然，研究小组想知道是否有可能改变对带电粒子的影响，使带正电的粒子形成簇，而带负电的粒子则不形成簇。 通过将溶剂改为醇类，例如乙醇，其与水具有不同的界面行为，这正是他们观察到的：带正电的氨基二氧化硅分子形成六方基团，而带负电的二氧化硅则没有。

研究人员表示，这项研究涉及对理解的根本性重新校准，这将影响我们对各种过程的思考方式，例如药物和精细化工产品的稳定性或与人类疾病中分子聚集相关的病理功能障碍。 新结果还提供了探索溶剂产生的界面电势特性的能力的证据，例如其符号和大小，这些特性以前被认为是无法测量的。

“我真的为我的研究生和本科生感到非常自豪，他们共同努力推动了这一基本发现，”领导该项目的 Madhavi Krishnan 教授（牛津大学化学系）说道。学习。

该研究的第一作者 Sida Wang（牛津大学化学系）表示：“即使我已经看过一千次了，看到这些粒子相互吸引，我仍然觉得很有趣。”

参考文献：“远程电荷依赖力驱动溶液中物质的临时组装”，作者：Syda Wang、Rowan Walker Gibbons、Bethany Watkins、Melissa Flynn 和 Madhavi Krishnan，2024 年 2 月 30 日， 自然纳米技术。
号码：10.1038/s41565-024-01621-5