毛细凝聚作为一种常见的自然现象，通常由开尔文方程进行科学描述，在生活中无处不在。比如，在沙滩上堆砌的“沙堡”，离开了毛细凝聚现象，也无法矗立。

沙粒之间会形成一个个很小的凝聚水 “弯月面”，在尺寸很小的时候，相互接触的沙粒间会产生巨大的副压，这个压力可以将每个沙粒相互‘粘’在一起。可以想象一旦水干了之后，沙堡便会坍塌成不定型的沙丘。

12 月 10 日，毕业于西南交通大学、英国曼彻斯特大学博士后杨倩博士为第一作者，在 Nature 发表了题为 "Capillary condensation under atomic-scale confinement" 《原子级限域空间的毛细凝聚》的论文，研究报道了纳米限域毛细凝聚新发现，修正了传统的经典开尔文公式，更好地描述了亚纳米尺度的毛细凝聚现象。

开尔文方程的提出到现在有 150 多年的时间，新理论解释了在大于 10 nm 通道中的毛细凝聚现象，这个宽度只有人的头发丝的千分之一。

“简单来讲，我们这项研究结果，就是论证了开尔文方程在更小的原子级别尺度下的适用性，之前大家在应用开尔文方程时，可能仍心存疑惑，但现在我们可以更放心地应用开尔文方程来解决实际问题。”杨倩告诉DeepTech。

幸运总是眷顾有准备的人

作为一个西安女孩，杨倩在大学选专业方向的时候，从事建筑行业的家人以及周围的朋友希望她也进入同一个领域，但她偏偏想摆脱“匠人之子”的身份，选择了西南交大的材料科学与工程专业高分子方向。

谈及父母的期冀，杨倩说道：“要是觉得自己能行，就多去争取，要是觉得自己不行，不一定非要你要走这条路。反而父母希望我们过的开心，做自己想做的事，才是最重要的。”

其导师周祚万教授是一个对待工作非常有热情的人，在他的课堂上，杨倩开始对材料有了浓厚的兴趣，意识到材料是很交叉的一个学科，算不上是真正的“理工科”，但是在做材料的过程中，需要不断地去学习各种技能和知识。

毕业时，杨倩曾有机会前往浙大攻读研究生，但考虑到西南交大熟悉的环境和一定的研究基础，留在本校会起步更快。于是她申请了西南交大的直博，以专业第一的高分加入本校材料学院周祚万教授团队，开始开展碳基纳米材料研究。

“我觉得，再努力一点，也许还能更好一点。一旦成为第一名，就会觉得第一好像也没有那么难，所以就会努力维持。”杨倩告诉 DeepTech。

2015 年 1 月，诺奖得主安德烈・盖姆（Andre Geim）教授在交大进行学术访问。杨倩以良好的英语与专业实力，加上西南交大和导师的支持，在国家自然科学基金和国家留学基金委项目的资助下，于当年 9 月，加入了曼彻斯特大学安德烈・盖姆（Andre Geim）教授课题组。

换到一个精英云集的新环境和更大的平台，杨倩表示自己最大的收获就是眼界更为开阔。在英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院（NGI），很多研究者都来自不同的国家和文化背景，甚至是不同的专业背景，与非常优秀的人一起工作，杨倩更能意识到自己在专业知识、实验技能以及对于工作理解的不同，要学习的东西更多，动力也会更多。

杨倩说到，“盖姆教授非常知道自己想要做什么，他摆脱了所有的行政职责，只是一心去做科研，在当今社会还是很难得的。”

课题组的所有人几乎都处于一种很自律的状态，这对她的内心成长影响很大。“知道自己想要什么很重要，不去理会周围人怎么想，专注做好自己的想做的事情就可以了。”

这不是杨倩第一次发表文章。2017 年 10 月，杨倩参与的论文 “Size Effect in Ion Transport through Angstrom-scale Slits”《离子在埃级别狭缝中传输的尺寸效应》发表在 Science 上。

“这两篇论文，是同样的实验体系，相当于在非常相似的实验体系，做了不同的测试，得到了不同研究方向上同样重要的两个结论。”杨倩告诉 DeepTech。

同年 11 月 13 日，杨倩发现了一种基于氧化石墨烯（GO）的高通量分子分离膜，以一作身份，发表题为 “Ultrathin graphene-based membrane with precise molecular sieving and ultrafast solvent permeation” 的文章，再上 Nature 子刊 Nature Materials。

和所有的课题研究一样，实验规划是既定的，但不应人为去干涉实验的结论和走向。本次实验结论也是基于实验观察、数据分析以及个人理解，杨倩觉得，这是保证实验体系的真实和公正性很重要的一点。

修正开尔文方程

威廉・汤姆逊爵士（Sir William Thomson）（后称开尔文勋爵 Lord Kelvin），在 1871 年 Philosophical 杂志上发表的题为《论液体在弯曲表面上的蒸汽平衡》中首次发表他的著名方程式。具体来说，“开尔文方程从理论上描述了毛细管内弯曲的液气界面引起的蒸气压变化，被认为是固液界面润湿领域三大经典理论之一。”

“开尔文方程用到的诸多参数，包括水的表面张力、接触角以及水半月板的曲率半径，这些在宏观状态下非常容易描述。但是到了亚纳米级别的时候，却没有办法准确定义。”杨倩表示。

该文章通信作者、诺贝尔物理奖得主安德烈·盖姆（Andre Geim）说到：好的理论常常能在其适用范围之外依旧可行。开尔文勋爵是伟大的科学家，有许多重****现，但即使他看到这样的结果可能也会感到惊奇，毕竟他最早的实验是建立在毫米级别尺度下的。但实际上，他也曾预言该方程在亚纳米尺寸下不再适用。所以，我们的工作能同时证明开尔文既是正确，也是不正确的。”

中国科大王奉超教授也参与了此项研究，揭示了固液界面能的尺寸效应。“一般人们认为，在纳米尺度的毛细凝聚中，是液气界面在起主导作用，实际上是由于固液界面的力学作用。”他在接受DeepTech采访时说道。

在原子尺度下的毛细凝聚

回顾整个研究心路历程，杨倩考虑到二维材料具有原子级别的光滑表面，能够避免传统材料表面粗糙度的问题，在此基础上，他们设计了现在的研究系统：采用云母或石墨二维晶体，将具有一定原子层数的石墨烯纳米条带堆叠在两层晶体间，这些石墨烯条带可以定义所形成的通道的高度。

好比把一张纸搭在两根筷子上面，纸是会往下弯的。同样的原理，杨倩团队特意制备了上表面有一定的弯曲塌陷的纳米通道，通过改变通道内的相对湿度，在达到毛细凝聚临界湿度时，根据开尔文方程，水蒸气便会凝聚成水，从而将弯曲的上表面抬起来。

“我们在实验中用原子力显微镜 (AFM) 观察通道上表面从塌陷到抬升的过程，具有非常高的精度。最小的通道只有 1 个原子层高度，只能容纳一层水分子。” 杨倩解释道。

“这对我来说很意外，我们期望的是传统理论失效。但这个有着百年历史的方程居然依旧成立。” 杨倩表示。

“原油储存在地下的裂缝里，开尔文方程是用来估测原油储量的重要理论基础，我们的现有研究结果，将来也许会对原油的储量估计产生一些影响。”杨倩说道。

在微电子领域，现在都在追求把元器件做的更精密、更小、更集成，在制备的过程中，当器件尺寸足够小的时候，必须考虑到毛细凝聚效应，对整个制备过程以及行业产生影响。

做科研，一定得沉下心

杨倩在去年拿到了一个小基金，可以更自由地去做科研，这是她多年努力的成果。

“想要认真地去做一些事情，一定要专注。同样，要想做好科研，必须得排除其他的杂念。我自己会提前规划每天要做的事情，然后尽量去完成。即使出错也要心态平和，明白出错是必然的就好。” 

杨倩性格外向，愿意与别人交流和合作，平时也会打羽毛球和练习书法，也会单独抽出时间锻炼身体，以保持头脑清晰。

罗马不是一天建成的。杨倩称，本次研究项目从立项到成果发现，历时三年多。她参与了从原始实验数据的采集、分析、讨论，到最后的论文撰写的整个过程。“如果在一开始，有一点实验数据就发表出去，便达不到现在这样系统研究的深度。因此必须要沉得住气，有耐心，慢慢地不断完善实验系统。” 杨倩说道。

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