“異性電荷相吸，同類電荷相斥”是基礎物理學的基本原理。然而，牛津大學最近發表在《自然-奈米技術》（Nature Nanotechnology ）雜誌上的一項新研究表明，溶液中的同類帶電粒子實際上可以遠距離相互吸引。同樣令人驚訝的是，研究小組發現，正電荷粒子和負電荷粒子的效果是不同的，這取決於溶劑。

一項新的研究推翻了物理學的一項基本原理，證明了帶類似電荷的粒子在溶液中可以相互吸引，正負電荷之間的效果因溶劑而異。這項發現對包括自組裝和結晶在內的各種科學過程具有重大意義。這項研究揭示了界面上的溶劑結構在決定粒子間相互作用的重要性，挑戰了人們長期以來的觀念，表明有必要重新評估我們對電磁力的理解。資料來源：張康

除了推翻長期以來的觀點外，這些結果還對涉及不同長度尺度的粒子間和分子間相互作用的一系列過程，包括自組裝、結晶和相分離，產生了直接影響。牛津大學化學系的研究團隊發現，帶負電荷的粒子在大的分離範圍內相互吸引，而帶正電荷的粒子則相互排斥，而酒精等溶劑的情況則相反。這些發現令人驚訝，因為它們似乎與電磁學的核心原理相矛盾，即同號電荷之間的作用力在所有距離上都是相斥的。現在，研究團隊利用明視場顯微鏡追蹤了懸浮在水中的帶負電的二氧化矽微粒，發現這些微粒相互吸引，形成了六角形排列的團簇。然而，帶正電荷的胺化二氧化矽微粒在水中沒有形成團簇。研究小組利用一種考慮到界面溶劑結構的粒子間相互作用理論，確定了對於水中帶負電荷的粒子來說，在較大的分隔距離上，有一種吸引力超過了靜電排斥力，從而導致粒子團的形成。而對於水中帶正電荷的粒子，這種由溶劑驅動的相互作用總是排斥性的，因此不會形成群聚。研究發現，這種效應與pH 值有關：研究團隊能夠透過改變pH 值來控制帶負電的粒子是否形成團簇。無論酸鹼度如何，帶正電的粒子都不會形成團簇。自然而然地，研究團隊想知道是否可以調換對帶電粒子的影響，使帶正電的粒子形成簇，而帶負電的粒子不會形成簇。透過將溶劑改為乙醇等與水俱有不同界面行為的醇類，他們正是觀察到了這一點：帶正電荷的胺化二氧化矽顆粒形成了六角形簇，而帶負電荷的二氧化矽則沒有。研究人員認為，這項研究意味著對認識的根本性重新調整，將影響我們對製藥和精細化工產品的穩定性或人類疾病中與分子聚集相關的病理功能失常等不同過程的思考方式。新發現也證明，我們有能力探測溶劑引起的界面電位的特性，例如其符號和大小，而這在以前被認為是不可測量的。領導這項研究的Madhavi Krishnan 教授（牛津大學化學系）說：”我真的為我的兩名研究生以及本科生感到非常自豪，他們齊心協力，推動了這一基礎性發現。”研究的第一作者王思達（牛津大學化學系）說：”即使已經看過無數遍，我仍然覺得看到這些粒子相吸很吸引人。”編譯自: ScitechDaily