2D 材料也会“变老”？揭开 InSe “亲疏水性反转”背后的隐秘真相

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2D 材料也会“变老”？揭开 InSe “亲疏水性反转”背后的隐秘真相（DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00855）

01｜故事：一张薄膜的 24 小时把一片刚出炉的 InSe 薄膜放到实验室空气里：

• 0 min：水接触角 54°，水珠铺展，典型的亲水。
  
• 10 min：角度攀升到 62°。
  
• 24 h：停在 91°，水珠立起，完全疏水。
  
  

更令人惊讶的是，硅、玻璃、镍、铜、氧化铝……无论衬底是谁，这场“亲→疏”反转都在上演。

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02｜反转的元凶：空气中的“隐形油漆”作者用 FTIR、XPS、Ar⁺溅射 三板斧锁定真凶：

• FTIR：2850、2930 cm⁻¹ 两个峰——典型的 -(CH₂)n- 烷基链。
  
• XPS：C1s 峰面积比溅射后下降 5.6%，对应 5–10 Å 厚的烃层。
  
• 可逆实验：350 °C 退火 2 h，污染物蒸发，接触角跌回 57°；再次暴露空气，疏水重现。
  
  

一句话：空气中的长链烷烃像隐形油漆，逐层刷在 InSe 表面，最终把亲水画布刷成了疏水画布。

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03｜厚度效应：为什么“千层饼”比“单层膜”更疏水？实验发现：

• 单层 InSe：Δθ ≈ 24°
  
• 10 nm（≈10 层）：Δθ ≈ 45–50°
  
  

解释：

• 层数↑ → 表面粗糙度↑（PLD 岛状生长）；
  
• 层数↑ → 层间缺陷更多，烃分子可钻入“缝隙”，有效吸附面积↑。
  作者用 Wenzel 模型 把粗糙度 r 和覆盖率 c 耦合，算出 24 h 后单层表面吸附 17 % 的烷烃即可让 θ 升到 90°，与实验吻合。
  
  

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04｜MD 模拟：一滴水如何“看见”污染层？

• 模型：LAMMPS + OPLS-AA，在 InSe 表面预置 C₂₀H₄₂ 或 C₅₀H₁₀₂ 烷烃，覆盖率 0–20 %。
  
• 结果：WCA 与覆盖率线性上升，斜率与实验一致；长链比短链“疏水效率”更高。
  
• 启示：只要 1/5 表面被烷烃覆盖，宏观接触角即可突破 100°。
  
  

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05｜从 InSe 到“万物”：2D 材料的“润湿衰老”普适性石墨烯、WS₂、MoS₂ 过去也被报道过类似现象，但多数局限在氧化硅衬底。本文把“衬底无关性”写进了结论：

“只要环境中有 ppm 级的有机蒸汽，任何 2D 材料都无法逃过‘疏水化’的命运。”

这对可穿戴传感、柔性电子、微流控芯片是**剑：

• 利：疏水表面可自清洁、抗污染。
  
• 弊：界面粘附、生物相容性、光电器件散热将受牵连。
  
  

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06｜给我们的三点启示

• 设计器件前，先在空气里“养”一天：真实服役态的接触角才是设计依据。
  
• 封装比功能层更关键：ppm 级烃蒸汽即可翻盘面性质，真空封装或惰性涂层必须提**虑。
  
• 逆向利用老化：把“污染”当“功能”——可控烷烃修饰或可成为大面积疏水图案化的新路线。
  
  

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07｜一句话总结2D 材料的“润湿衰老”不是偶然，而是环境与材料共舞的必然。当我们能预判并掌控这场舞蹈，老化就不再是问题，而是新的设计维度。

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📌 参考文献
Chen, X. et al. How Universal Is the Wetting Aging in 2D Materials? Nano Lett. 2020, 20, 7, 5210–5216. DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00855