四川在線記者 鄧翔灃
12月15日，記者從西南交通大學獲悉，12月10日出版的國際頂級學術期刊Nature發表了該校材料科學與工程學院博士畢業生楊倩（現為英國曼徹斯特大學博士後）為第一作者的文章，報導了納米限域毛細凝聚新理論，並對傳統開爾文公式進行了修正，使其能夠更好地描述亞納米尺度的毛細凝聚現象，為解開毛細凝聚這一百年謎題提供了方案。西南交通大學前沿科學技術研究院院長、材料科學與工程學院材料先進技術教育部重點實驗室教授周祚萬為該文章的共同作者。
毛細凝聚，是我們從教科書中學到的自然現象，通常在接觸表面或多孔材料中發生，在我們生活中處處存在，會影響包括摩擦、吸附、潤滑、腐蝕等在內的諸多重要性質，也在微加工技術、醫藥、食品加工等許多工業技術過程中發揮著重要作用，就連小孩子們在沙灘上玩耍堆砌的沙堡，也離不開毛細凝聚。毛細凝聚現象通常由開爾文方程進行科學描述，該方程提出距今已有150餘年，能很好地解釋在大於10 nm通道中的毛細凝聚現象，這個寬度只有人頭髮絲的千分之一。然而若想要毛細凝聚發生在環境溼度條件(通常是相對溼度30-50%) 下，通常需要更小(<1 nm) 的通道尺寸，而這個尺寸跟水分子自身大小(大約0.3 nm)相當。在這種情況下，自發凝聚的通道中便只能容納幾層水分子，顯然宏觀開爾文方程不能繼續用於闡述該尺寸下的毛細凝聚現象。實際上，在該尺度下開爾文方程甚至不再具有意義，例如當只有幾層水分子存在時，我們無法定義水半月板的曲率半徑這一開爾文方程中的重要參數。但長期以來，用於驗證開爾文方程適用性的體系受限於表面粗糙度等實驗問題難以建立，因此，即使開爾文方程的適用性雖並未得到完全證明，卻依然在被大家廣泛使用。
來自曼徹斯特的研究者們通過長時間的努力，採用具有原子級別光滑表面的雲母和石墨二維晶體，通過將具有一定原子層數的二維晶體堆疊在兩層晶體間，得到了具有原子級別光滑表面的納米通道，最小的通道只有1個原子層高度，只能容納一層水分子。該工作證明即使在這樣最小的通道裡，開爾文方程依舊適用。這是一個很意外的結果，甚至和我們的認知相違背，因為在這麼小的維度裡，連水分子的結構都是離散的層狀結構。「這對我來說很意外，我們期望的是傳統理論失效」本文的第一作者楊倩博士說到，「但這個有著百年歷史的方程居然依舊成立」；她提到，開爾文方程這種良好的適用性，也同樣是偶然的。在發生毛細凝聚的納米通道中通常會產生超過1000個大氣壓的負壓，超過深海海底的壓力，如此巨大的壓力可以使通道發生埃 (1埃 = 0.1 nm) 級別的尺寸調整，而這就能夠使通道只容納整數層水分子。正是由於這樣的細微調整，使得開爾文方程具有了在該尺度下的廣泛適用性。
「好的理論通常都有這樣的特性，能在適用範圍外依舊合理」，文章通信作者、諾貝爾物理獎得主、該校榮譽教授A. K. Geim博士說到，「開爾文勳爵是偉大的科學家，有許多重大發現，但即使他看到這樣的結果可能也會感到驚奇，畢竟他最早的實驗是建立在毫米級別尺度下的。但實際上，他也曾預言這是不可能的。所以，我們的工作能同時證明開爾文既是正確，也是不正確的」。
近年來，周祚萬教授領銜的該校功能高分子材料研究團隊瞄準前沿科學和交叉領域，開展探索研究，並積極拓展國際合作渠道，鼓勵研究生同學特別是博士研究生勇於創新，敢於突破，走有特色的國際化前沿學術創新之路。據最近發布的「ESI高被引論文」統計數據，該研究團隊共有9篇文章入選，總數居全校之首。此外，課題組研製的載人航天艙內抗菌材料已成功應用於天宮等系列裝備的相關科學試驗，並支撐我國空間站研製過程中的抗菌材料選型和微生物防護技術體系，相關成果獲得2019年四川省科技進步一等獎。