粒子异性相吸，同性相斥？不一定，表现视溶剂而异

一项新的研究推翻了物理学的一项基本原理，证明了带类似电荷的粒子在溶液中可以相互吸引，正负电荷之间的效果因溶剂而异。这一发现对包括自组装和结晶在内的各种科学过程具有重大意义。这项研究揭示了界面上的溶剂结构在决定粒子间相互作用方面的重要性，挑战了人们长期以来的观念，表明有必要重新评估我们对电磁力的理解。资料来源：张康

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

牛津大学化学系的研究小组发现，带负电荷的粒子在大的分离范围内相互吸引，而带正电荷的粒子则相互排斥，而酒精等溶剂的情况则相反。

这些发现令人惊讶，因为它们似乎与电磁学的核心原理相矛盾，即同号电荷之间的作用力在所有距离上都是相斥的。

现在，研究小组利用明视场显微镜追踪了悬浮在水中的带负电的二氧化硅微粒，发现这些微粒相互吸引，形成了六边形排列的团簇。然而，带正电荷的胺化二氧化硅微粒在水中没有形成团簇。

研究小组利用一种考虑到界面溶剂结构的粒子间相互作用理论，确定了对于水中带负电荷的粒子来说，在较大的分隔距离上，有一种吸引力超过了静电排斥力，从而导致粒子团的形成。而对于水中带正电荷的粒子，这种由溶剂驱动的相互作用始终是排斥性的，因此不会形成集群。

研究发现，这种效应与 pH 值有关：研究小组能够通过改变 pH 值来控制带负电的粒子是否形成团簇。无论酸碱度如何，带正电的粒子都不会形成团簇。

自然而然地，研究小组想知道是否可以调换对带电粒子的影响，使带正电的粒子形成簇，而带负电的粒子不形成簇。通过将溶剂改为乙醇等与水具有不同界面行为的醇类，他们正是观察到了这一点：带正电荷的胺化二氧化硅颗粒形成了六角形簇，而带负电荷的二氧化硅则没有。

研究人员认为，这项研究意味着对认识的根本性重新调整，将影响我们对制药和精细化工产品的稳定性或人类疾病中与分子聚集相关的病理功能失常等不同过程的思考方式。新发现还证明，我们有能力探测溶剂引起的界面电势的特性，例如其符号和大小，而这在以前被认为是不可测量的。

领导这项研究的 Madhavi Krishnan 教授（牛津大学化学系）说："我真的为我的两名研究生以及本科生感到非常自豪，他们齐心协力，推动了这一基础性发现。"

该研究的第一作者王思达（牛津大学化学系）说："即使已经看过无数遍，我仍然觉得看到这些粒子相吸很吸引人。"

编译自:ScitechDaily