不久前偶然看见电视里在播《将爱》，恰了巧了，是听海那个情节。当年标准手机广告姿态的杨峥和捧着电话含泪望天的文慧，一时间都淹没在海声与歌声之中。大概很少有人能够拒绝海洋或草原这般广阔的存在。因为广阔，所以觉得宽容又自由。然而并不是所有的“海洋”都像看起来那样宽广的。比如下面这张图片，一眼看去颇有点惊涛骇浪水波荡漾的感觉，可事实上这片“海洋”只有仅仅1纳米的深度。

图片来源：Science网站，Seth B. Darling/ANL and Steven J. Sibener/U-Chicago

这是2011年2月18日《科学》（ Science ）杂志的封面，所用图片是2010年“科学与工程视觉挑战”大赛摄影类的第一名作品“汹涌的海面”（Rough Waters）。有着可爱姓氏的纳米材料科学家Seth B. Darling（来自阿尔贡国家实验室，Argonne National Laboratory）和来自芝加哥大学的Steven J. Sibener合作完成了这幅显微照片。照片中那些深深浅浅的蓝色是虚拟的，但汹涌起伏的“波浪”是原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM，一种可用来研究固体材料表面结构的分析仪器）真实拍摄的结果。这张图片来自于黄金表面的自组装单分子膜研究。分子自组装技术是近些年表面科学的研究热点之一，即在一定条件下使分子自发形成稳定且性质可控聚合体的一种技术。依靠这种方法，科学家可以通过调控材料的表面结构来得到相应的特性（比如自清洁材料、金属防护应用等）。自组装单分子膜（self-assembled monolayers，SAMs）具有单分子层性质和灵活的可设计性，从而可以方便科学家设计材料表面结构、反映表面结构和性质的关系以及观测性质。

自组装单分子膜结构，图片来源于网络

简单来说，自组装单分子膜是将基体浸入表面活性溶液中，通过化学键自发吸附在基体上形成的有序单分子层。如上图所示，SAMs从结构上可分为三部分，一是分子的头基，它与基材表面上的反应点以共价键或离子键结合；二是分子的烷基链，链与链之间靠范德华力作用使活性分子在固体表面有序且紧密排列；三是分子末端基团，引入不同的末端基团如甲烷基（-CH3）、羧基（-COOH）等，可以获得不同物理化学性能的界面（这三个部分可以分别控制或加以组合从而达到不同的应用目的）。Science封面图中水波荡漾的涟漪效果源于两种带有不同末端基团的分子。这两种分子的头基为硫，而末端基团分别是碳氢以及碳氟。不同的尾基结构使这两种分子产生了大约0.2纳米的高度差，于是就出现了前面你所看到的那些波纹。