不仅异性相吸新研究表明带同性电荷的粒子可以聚集在一起

“异性电荷相吸，同性电荷相斥”是基础物理学的基本原理。但牛津大学今天发表在《自然纳米技术》上的一项新研究表明，溶液中带相似电荷的粒子实际上可以在长距离内相互吸引。同样令人惊讶的是，研究小组发现，根据溶剂的不同，带正电和带负电的粒子的效果是不同的。

除了推翻长期以来的信念之外，这些结果还对涉及不同长度尺度上的颗粒间和分子间相互作用的一系列过程产生直接影响，包括自组装、结晶和相分离。

牛津大学化学系的研究小组发现，带负电的粒子在大间距下相互吸引，而带正电的粒子则相互排斥，而醇等溶剂的情况则相反。这些发现令人惊讶，因为它们似乎与中心电磁原理相矛盾，即同号电荷之间的力在所有分离中都是排斥的。

研究小组使用明场显微镜追踪悬浮在水中的带负电的二氧化硅微粒，发现这些颗粒相互吸引形成六边形排列的簇。然而，带正电的胺化二氧化硅颗粒在水中不会形成簇。

利用考虑界面处溶剂结构的颗粒间相互作用理论，研究小组确定，对于水中带负电的颗粒，在大间距下存在吸引力超过静电斥力，从而导致团簇形成。对于水中带正电的粒子，这种溶剂驱动的相互作用始终是排斥的，并且不会形成簇。

研究发现这种效应依赖于 pH 值;该团队能够通过改变 pH 值来控制带负电粒子簇的形成(或不形成)。无论 pH 值如何，带正电的颗粒都不会形成簇。

当然，研究小组想知道是否可以切换对带电粒子的影响，使带正电的粒子形成簇，而带负电的粒子则不会。通过将溶剂改为醇类，例如乙醇，其界面行为与水不同，这正是他们观察到的：带正电的胺化二氧化硅颗粒形成六角形簇，而带负电的二氧化硅则没有。

研究人员表示，这项研究意味着对理解的根本性重新校准，这将影响我们对不同过程的思考方式，例如药物和精细化工产品的稳定性或与人类疾病中分子聚集相关的病理功能障碍。新发现还为探测溶剂引起的界面电势特性(例如其符号和大小)的能力提供了证据，而这些特性以前被认为是不可测量的。

领导这项研究的 Madhavi Krishnan 教授(牛津大学化学系)表示：“我为我的两名研究生以及本科生感到非常自豪，他们共同努力推动了这一基本发现”。

该研究的第一作者 Sida Wang(牛津大学化学系)表示：“即使我已经看到了一千次，但看到这些粒子相互吸引仍然很有趣。”