圖1 影視作品中的液體門

在影視作品中，一種特殊的門已經被人們所熟知：液體門。正如圖1所示的星際之門和傳送門，它們可以作為一種宏觀的門傳輸通過。這給了作者們很大的啟發(fā)，通過選用磁場下的形態(tài)可控的磁流體，結合超親水納米通道成功實現了納米限域內的智能離子傳輸（圖2）。

圖2 磁響應離子門控開關的設計

通過對納米通道的不同浸潤性修飾，我們可以發(fā)現隨著納米通道對磁流體的浸潤性逐漸增加，門控比逐漸降低，穩(wěn)定性也逐漸減弱。在超親水的納米通道上實現了最佳的門控效果，門控比可達10000，深入的穩(wěn)定性實驗表明該液體門控可實現超過100次的穩(wěn)定開關（圖3）。

圖3 不同浸潤性納米通道的離子門控傳輸效果

進一步的深入探究發(fā)現，超親水薄膜在表面以及納米通道內部都不會對磁流體產生粘滯。其主要原因包括，1超親水納米通道內存在很大的毛細阻力，阻止其進一步的進入通道內部。2超親水表面有一層致密的結合水保護其被磁流體污染（圖4）。

圖4 不同浸潤性納米通道的黏附性分析

該研究工作的意義在于首次實現磁流體在納米流體限域空間內的可控離子傳輸。通過磁力和界面張力的競爭，可以實現油溶性磁流體在水下的可控形狀變化。對膜潤濕性研究表明，超親水表面上的結合水起到保護層的作用，并且導致高的門控比和良好的穩(wěn)定性。磁流體的引入開辟了納米級傳輸調節(jié)的新途徑。納米流體的多功能性和易于操作有益于許多實際應用，例如微流體系統(tǒng)、能源發(fā)電和海水淡化等裝置，有望進行大規(guī)模生產。這項工作可以進一步推廣到其他納米級孔隙，用于智能膜材料的開發(fā)，納米級反應器，化學分離和電池膜甚至可擴展到藥物輸送，醫(yī)療設備和生物測定傳感器等領域。

參考文獻：D. Y. Wang, S. Zheng, H. Liu, J. Y Tang, W. N. Miao, Y. Tian, H. Yang, L. Jiang, A magnetic gated nanofluidic based on the integration of super-hydrophilic nanochannels and reconfigurable ferrofluid. Adv. Mater. 2018, 1805953.

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201805953