界面是指兩種具有不同性質的相之間的邊界，其性質的精确表征在解釋自然現象和改造人類社會過程中值得關注。

界面是指兩種具有不同性質的相之間的邊界。嚴格來說，兩相之間的邊界并非一個簡單的二維界面，而是一個相互滲透、性質逐漸變化的三維界面區。盡管界面層的厚度通常隻有幾納米，但它在實際中呈現出複雜的三維結構。與體相不同，界面處的物質具有獨特的物理化學特性，這些界面性質決定了界面上各類分子和原子的行為，進而影響系統的整體性能。

界面性質在自然界和日常生活中都扮演着重要角色。植物根莖内的導管可以看作極細的毛細管，由于界面相互作用，植物能夠通過根莖吸收土壤中的水和養分。一些植物和動物為了适應極端環境，發展出了獨特的表面特性：例如，荷葉表面具有自清潔特性，使其在沼澤環境中保持清潔。在農業領域，植物表面的潤濕性以及液體農藥的界面張力會影響農藥的使用效率；在油氣開采及CCUS過程中，界面張力對油氣采收率以及CO₂利用封存效率作用顯著；在化妝品和藥物開發中，界面性質決定了乳化劑的效果；在材料科學中，則影響塗層和膠粘劑的粘附性能。此外，界面性質還在食品加工、環保技術和能源存儲等領域起關鍵作用，直接關系到産品的質量和生産效率。

圖1 荷葉表面自清潔能力-荷葉效應（左）；CO₂在岩石孔隙中（右）（網圖）

盡管界面性質在科學研究和工業應用中具有至關重要的作用，其測定過程一直面臨着流程不規範、數據不穩定以及結果不一緻等挑戰。近期，beat365官方网站能源研究院章凱強團隊提出了一套通過表征動态懸滴精确測量界面性質的标準化實驗測量方法，從實驗設計、材料準備、儀器校準、數據分析、不确定度分析到常見問題的排查與解析，提供了系統的解決方案。本研究以“Interfacial property determination from dynamic pendant-drop characterizations”為題發表于Nature Protocols(https://doi.org/10.1038/s41596-024-01049-0)。

研究團隊優化了從樣品預處理、儀器改進、實驗測量到數據分析的全流程，提供了詳細的實驗操作指南，涉及液滴控制、系統校準和光學幹擾處理等關鍵步驟。通過對氣水兩相和氣水油三相體系實際測量的有效數據和無效數據的展示和分析，驗證了方法的有效性和準确性。整套實驗流程可基于不同實際條件在數天内完成。

圖2 動态懸滴表征（左圖）；界面張力及界面流變性實驗測量數據（右圖）

本研究為界面性質的測定樹立了新的标準，通過優化動态懸滴表征方法，極大地提高了測量的可靠性和精度，體現了方法學創新；不僅對界面科學的基礎理論發展具有重要推動作用，同時為材料科學、化學工程、環境科學等領域的實際應用提供了技術支撐。

beat365能源研究院博士後潘子晴博士為第一作者，章凱強研究員為通訊作者，合作者包括英國帝國理工學院J. P. Martin Trusler教授與中國科學院院士、beat365金之鈞教授。本研究得到了國家自然科學基金面上項目、優秀青年科學基金項目（海外）、博士後國際交流計劃引進項目和博士後科學基金面上項目以及beat365鄂爾多斯能源研究院聯合資助。

文章信息：

Pan, Z., Trusler, J.P.M., Jin, Z., Zhang, K*. Interfacial property determination from dynamic pendant-drop characterizations. Nature Protocols (2024). https://doi.org/10.1038/s41596-024-01049-0.