表麵的親(qin) 疏水性質在蛋白質折疊、兩(liang) 親(qin) 分子的自組裝、微流動技術、分子的識別檢測技術和自清潔表麵材料的製備等多個(ge) 學科領域及應用技術研究中都起著關(guan) 鍵的作用。對表麵的親(qin) 疏水性質的誤判，會(hui) 導致對表麵和表麵附近物質的相互作用的錯誤理解，進而影響對整個(ge) 係統的物理分析和相應的實驗、應用設計。

　　由於(yu) 水分子是極性分子，所以帶有極性基團的分子對水有很強的親(qin) 和力，可以吸引水分子並且易溶於(yu) 水。因此一般認為(wei) ，這類帶有極性基團的分子形成的固體(ti) 材料的表麵容易被水潤濕，是親(qin) 水表麵。目前在實驗和實際應用中，一般人們(men) 就通過在表麵修飾極性基團的手段從(cong) 而使得表麵變親(qin) 水。

　　事實果真如此嗎？zui近，中國科學院上海應用物理研究所水科學和技術研究室的王春雷博士和方海平研究員等通過理論分析發現，固體(ti) 表麵的親(qin) 水和疏水特性（浸潤性）還明顯依賴於(yu) 表麵上極性分子的偶極長度。通過理論模型和分子動力學模擬證明，偶極長度存在一個(ge) 臨(lin) 界值，當表麵上極性分子的偶極長度小於(yu) 此臨(lin) 界長度時，無論極性分子的偶極矩有多大，水分子仍無法“感受”到固體(ti) 表麵偶極的存在，從(cong) 而使帶有極性基團的表麵也有疏水特性；當偶極長度大於(yu) 此臨(lin) 界長度時，隨著偶極矩和偶極長度增大，固體(ti) 表麵會(hui) 變得越來越親(qin) 水。相關(guan) 研究結果發表在學術期刊Scientific Reports (2012, 2, 358)上。

　　為(wei) 什麽(me) 會(hui) 這樣呢？當一個(ge) 帶有極性基團的分子在水中，其正、負極性基團分別被水中的氧和氫原子所吸引（水中的氧和氫原子分別帶有負、正電），或者形成氫鍵，會(hui) 導致這個(ge) 分子與(yu) 水分子產(chan) 生強大的親(qin) 和力。當這些分子形成固體(ti) 材料的表麵時，如果分子小，偶極長度短，水分子之間的空間位阻效應（擁擠效應）不能保證水分子中的氫原子被吸引到表麵上的負電荷，同時氧原子被吸引到正電荷（如圖的下半部分）。這導致整體(ti) 表麵的電偶極與(yu) 水之間的相互作用較弱，表現出“意外的”疏水特性。當偶極長度增大，空間位阻效應減弱，更多的水分子中的氫原子（或氧原子）被吸引到與(yu) 表麵上的負（或正）電荷很近的距離，界麵變得更親(qin) 水。分子動力學模擬還證實該臨(lin) 界偶極長度的存在具有普適性，即很多類型的極性表麵上均存在這樣的臨(lin) 界偶極長度。

　　在此以前，該研究組曾在2009年提出，當固體(ti) 表麵的電偶極排布合適，使得吸附在表麵的*層水表現出有序，可以導致*層水上麵出現（隻有不*親(qin) 水表麵才有的）水滴，該表麵呈現“表觀的疏水” (Phys. Rev. Lett., 2009, 103, 137801; J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 3018)。這一理論預言已得到澳大利亞(ya) 課題組的實驗證實(Soft Matter, 2011, 7, 5309; Langmuir, 2011, 27, 10753)。這些工作說明了有極性基團的表麵也可以表現出疏水或者“表觀的疏水”性質，並有助於(yu) 描繪表麵的親(qin) 疏水性質與(yu) 極性基團之關(guan) 聯的完整圖像。