同电荷粒子相吸引，某些溶液正发生违反基本物理规则的事

“同性电荷相斥、异性电荷相吸”是物理学基本原理，但牛津大学科学家最近发现这条铁则的例外。某些情况下，溶液中带类似电荷的粒子竟能在长距离内相互吸引。

粒子可以获得正电荷或负电荷，这决定它们在其他粒子周围的行为，2 个带相反电荷的物体靠近会互相吸引，2 个带相同电荷的物体会互相排斥。而随着总电荷增加和粒子彼此更靠近，静电力也变得更强（静电力的量值与其电量乘积成正比），这就是库仑定律（Coulomb’s law）。

但牛津大学团队最近发现一件怪事。当悬浮在某些溶液时，一些带电粒子就算距离相对较长仍会吸引相同电荷粒子;更奇怪的是，带正电和带负电的粒子在不同溶液表现也有异。

研究人员首先将带负电的二氧化硅微粒悬浮在水中，发现它们相互吸引形成六角形排列的簇，但带正电的胺化二氧化硅颗粒不会形成簇状。

这似乎违反基本电磁原理，即相同电荷的粒子无论任何距离都应该相互排斥。

在参考界面处溶剂结构颗粒的相互作用理论后，团队确定发现一种可以克服静电斥力的新吸引力，使水中带负电的微粒在大间距下吸引力超过静电斥力导致团簇形成，而水中带正电的粒子因溶剂驱动的相互作用始终排斥，所以不会形成簇。

这种效应还与 pH 值相关，研究人员能透过改变 pH 值来控制带负电粒子簇形成或不形成，无论 pH 值如何，带正电的粒子都不会形成簇状。

不过科学家又想知道情况是否能 180 度翻转，即让带正电的粒子形成簇、带负电粒子不形成簇。透过改用不同溶剂（团队实验选择与水具不同界面行为的醇类）后，果然变成带正电的胺化二氧化硅粒子聚集成六角形簇，带负电的二氧化硅则保持排斥状态。

这项发现可能促使我们重新思考基本电磁原理，并且对不同化学溶液的相互作用具直接影响，包括自组装（self-assembly）、结晶（crystallization）、相分离（phase separation）等过程。

新论文发表在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）期刊。