同性相吸?物理学家的新发现

作者: Lisa Zyga

来源: 原理

发布日期: 2019-07-04

物理学家发现,在1:1的电解质溶液中,带同种电荷但不同电荷量的球形金属纳米粒子会相互吸引,这一现象由电荷极化引起,对理解生物颗粒悬浮体的稳定性有重要意义。

在1:1的电解质溶液中,两个带同种电荷但不同电荷量的球形金属纳米粒子会相互吸引。其背后的原因在于,带有更多电荷的纳米粒子会将带电较少的纳米粒子的原子核心极化,从而改变了纳米粒子之间的相互作用。这一发现发表于《物理评论快报》,新论文阐明了一种非常有悖直觉的行为,这在以前被认为是不可能的。不过,这并不是研究人员第一次观察到带同种电荷的带电粒子之间相互吸引。

早在1980年就有研究表明,在含有多价反离子的电解质溶液中,同种带电粒子可以相互吸引。在新的实验中,研究人员使用了比例为1:1的电解质溶液,即它只包含单价的反离子,只有电荷为+1和-1的离子。研究人员发现,两个具有不等带电量的同种电荷粒子会在1:1电解质溶液中相互靠近,带电量较强的纳米粒子会极化带电量较弱的纳米粒子的金属核心,这会使核心中的大多数电子会集结在一边。

这种同性相吸的现象只发生在带有不均匀电荷的球形金属纳米粒子之间,而不存在于金属板之间,这表明了曲率和中心核心的存在对这一反直觉的结果的重要性。金纳米粒子对于各种医疗应用的研发,如癌症治疗和药物输送方面都非常重要,因此新发现的结果除了是一个有趣的理论发现之外,也非常有助于对金纳米粒子的应用。研究人员认为,他们描述的机理或许对理解生物颗粒悬浮体的稳定性也很重要。

在这一研究过程中,研究人员面临的一个挑战是对新的结果进行定量建模,因为传统方法在计算上非常昂贵。为了解决这个问题,他们研发了一种改良过的数值近似法来计算纳米粒子之间的作用力,这种方法的计算速度比传统方法快几个数量级。

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