揭示界面液滴的基本物理化学过程在纳米反应器、微流体、纳米电机、纳米输运体、3D增材制造、纳米焊接、纳米润湿、喷涂和柔性/可穿戴器件等领域提供了独特且有前景的应用。
研究表明，水微滴在超疏水界面上的运动速度显著增加，化学反应也可以在液滴表面以及固液界面上得到促进。此外，引入额外的梯度外场，包括电力、温度、光和表面自由能，将进一步调节液滴的动力学过程。例如，水滴通过调节界面形态引起的梯度表面能，展示了非凡的上坡运动。
然而，纳米尺度液滴从初始形成到后续演化的动力学全貌以及同时进行的结构/元素鉴定仍然具有挑战性和不清晰，导致结果中存在孤立的理解甚至不确定性。因此，直接可视化具有原位能力的纳米液滴的整个演化过程是不可或缺的，这使得能够深入理解复杂多相边界(例如固-液-气和固-液-液)上的基本界面过程，并进一步操纵纳米尺度上的界面行为。
近日，上海交通大学陈斌课题组使用大容量池制备方法，将HgS纳米晶体(NCs)封装在气体和液体环境中，并通过原位透射电子显微镜(TEM)统计研究了纳米尺度固-气体和固-液界面上金属纳米液滴(Hg)的完整演化动力学。
选择HgS作为研究系统基于以下考虑：(i)在电子束(e-beam)激发下，HgS容易形成金属Hg纳米液滴，从而允许从初始形成(诞生)到后续演化的完整动力学；(ii)HgS纳米晶体是水溶性的，导致易于制备液体池；(iii)HgS纳米晶体的纳米锯齿形态使得研究Hg纳米液滴的运动行为成为可能。
在气体池中，观察到空穴的形核、生长和聚合，同时Hg纳米液滴出现，然后在棘轮表面快速移动，最终通过桥梁聚合成较大的液滴。有趣的是，在液体池中，类墨水液体Hg从固-液(HgS-水)界面喷出。由还原电子与液体放射性分解产生的氧化物种之间的竞争决定，连续喷墨行为发生在两个相邻喷墨行为之间的间隔时间内，时间范围从几秒到几十秒不等。
总的来说，该项研究有助于提高对纳米尺度固-气界面和固-液界面上液态金属纳米液滴完整和独特演化的基本理解，为设计具有调节界面、形态学和流变学功能的液态金属基纳米复合物提供了一种可行的方法。
Filming evolution dynamics of Hg nanodroplets mediated at solid-gas and solid-liquid interfaces by in-situ TEM. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-59063-z