親手刷過碗的人都知道，想要真正地擦乾淨光潔表面並不是輕而易舉的事情——對於需要處理微觀層面的科學家來說就更是如此。
無論材料本身是多麼純淨，它總是會被一層薄薄的分子所覆蓋。
現在，為了弄清楚為什麼創造完美的自潔表面是是那麼的困難，研究人員在實驗室環境中製取出了有史以來最純淨的一滴水。
因為，有種說法是，材料表面上的一層分子汙垢就是來自於水。
為了檢驗這一假設，研究人員在真空室中通過超低溫凝結的超純冰來產生完全沒有雜誌和缺陷的水滴，然後將它滴到由二氧化鈦製成的原始表面上。這是因為這種材質具有神奇的自清潔的特性，當表面暴露在紫外線下時，二氧化鈦發生反應，分解掉附著在它們表面上的任何有機化合物。所以我們將二氧化鈦鍍在汽車後視鏡和建築瓷磚表面上，當陽光照射的時候，按道理附著在上面的分子就會消失。但實際上，最後依然會被一層神秘的薄膜所覆蓋。
他們發現，如前所述，被超潔淨表面吸附的汙垢薄膜實際上並不是水分子。實際上結果更出人意料。
這種“汙垢”由兩種有機酸組成，乙酸(增加了醋的酸味)和甲酸，它們密切相關。
考慮到這些酸在空氣中那極低的含量，這是一個令人驚訝的發現，
它促使人們重新思考表面如何吸引和排斥汙垢，甚至未來的研究要如何確保表面完全一塵不染。
創造出超純淨水本身也是一項了不起的挑戰。
左邊是真空艙內超純水蒸氣超在極低溫度下凝結成的冰，右邊是用冰融化成的一滴水|Vienna University of Technology
“為了避免雜質，像這樣的實驗必須在真空中進行。”奧地利維也納技術大學的Ulrike Diebold團隊解釋說。“因此，我們不得不創造出從未與空氣接觸過的水滴，然後將它滴落在二氧化鈦表面上，該表面經過嚴格的清潔，純淨度達到原子級別。”
汙垢層——只有單層分子的厚度——僅在二氧化鈦表面從真空中取出並暴露在空氣中時才會出現。所以不是水弄髒了材料。
“不知何故，表面上的這些分子正在幫助實現非常有趣的化學過程，自清潔和氧化性能，”紐約康奈爾大學的Melissa Hines研究人員說，“我們剛剛開始明白那裡到底發生了什麼。”
科學家認為，在化學分子水平上發生的特殊配位雙齒結合有助於酸粘附在二氧化鈦上，即使這些顆粒在空氣中只有幾十億分之一。
空氣中更常見的分子在表面上一滑而過，因為它們沒有相同類型的結合機制。
為了確認他們的結果，研究人員在美國和奧地利重複了實驗過程。
“在多個地點進行實驗是至關重要的程序。”Hines說，“如果我們只在維也納做實驗，就會有人說，‘出於某種原因，那裡的酸性顆粒物過多。’”
研究人員承認，還有很多有待解決的問題和現象，但這是一個重要的發現，幫助我們理解為什麼具有自我清潔表面功能的材料不能盡善盡美。
同時，它也解釋了二氧化鈦為何排斥幾乎所有其他分子——因為它吸引了酸。
“這一結果向我們顯示了在進行此類實驗時我們需要多麼高的謹慎，”Ulrike Diebold說，“即使是空氣中極度微痕劑量的分子，實際上有時也能造成決定性的影響。”
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發佈。
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