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21
2026
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Nat. Commun.: “逆重力造膜”,突破自组装极限的纳米薄膜新策略
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背景
自组装是纳米材料合成中最具魅力的过程之一，它能让分子在界面上自发排列成有序结构，从而构筑功能性纳米薄膜。然而，在传统液-液界面自组装中，重力效应常导致密度分层：重组分下沉、轻组分上浮，最终形成由下而上密度递减的结构。这种“天然的重力分层”不仅阻碍了倒置结构薄膜（即高密度层在上方）的制备，还导致膜层内应力集中与结构不稳定，限制了许多功能纳米薄膜（如高通量分离膜、界面催化膜）的实现。如何克服重力主导的界面分层，实现对分子在垂直方向的精确操控，是自组装膜制备领域长期未解的科学难题。
创新
近日，厦门大学侯旭教授团队提出了一种“逆重力限域界面自组装”（ ACIS）方法，利用毛细力代替重力，在两种多孔膜构建的限域空间内实现精准分子组织，从而制备出高稳定性、自支撑的纳米薄膜。
限域设计——用毛细力“抵消”重力
研究者创新性地将亲水尼龙膜与疏水PTFE膜相对放置，在其间形成液-液界面。此时，毛细力在限域空间中占主导地位，有效抑制了重力引起的分层，使分子能在“反重力”环境下有序聚集和排列。
分子机制——界面浓缩与定向自组装
以环糊精（CD）为模型分子，研究发现毛细限域增强了分子在界面处的局域浓度与相互作用几率，促进其与烷烃形成主客体复合物，并通过氢键网络自组装为稳定的纳米薄膜。结合量子化学计算、密度泛函理论（DFT）与菲克扩散定律模型，研究揭示了毛细作用对扩散、吸附与成膜动力学的定量调控机制。
性能突破——从“点状”到“面状”的跨越
相较传统依赖重力的界面自组装方法，ACIS实现了17倍的成膜面积提升与109倍的结构稳定性增强，制得的环糊精纳米膜厚度低于100 nm，具有高均匀性、可自支撑性和优异的机械强度。
意义
这项工作不仅在实验层面实现了“逆重力自组装”的突破，更在理论层面揭示了限域空间与毛细力协同调控分子有序化的普适规律。
科学意义：
该研究开辟了重力受限条件下的自组装新范式，证明了分子有序化可以通过局域力场工程（毛细力）实现精确操控，为纳米材料自组装机理研究提供了新的维度。
技术意义：
所得自支撑型纳米薄膜具有优异的稳定性与可调结构，可在增强采油、柔性材料、界面催化、分子识别膜等领域发挥应用潜力。
应用前景：
在油藏环境中，该膜能抵抗比传统表面活性剂高4.7倍的渗透压力，实现高效微孔采油；未来，该策略还可推广至食品加工、化工分离及环境修复等多场景，为绿色材料合成提供通用技术路径。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/sV8GQLCfkFi5u1kXd6VT2w
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