神奇的超疏水材料-靈感來(lái)自荷葉

神奇的超疏水材料，靈感來(lái)自荷葉“接天蓮葉無(wú)窮碧，映日荷花別樣紅?！弊咴陂_(kāi)滿荷花的池塘邊，你一定會(huì)看到層層疊疊的碧綠荷葉像一把把圓形的傘蓋，在微風(fēng)中搖曳。那你注意過(guò)下雨的時(shí)候，淋著雨的荷葉是什么樣子的嗎？雨水匯聚成一顆顆水滴，在荷葉表面滾動(dòng)，隨著葉子的搖動(dòng)而滑落，葉片也隨之變得于干凈凈，似乎不會(huì)受到水的影響。荷葉的這一特殊本領(lǐng)，也可以幫助它及時(shí)“洗掉”葉片上的灰塵和污垢。荷葉為什么會(huì)擁有如此神奇的能力呢？我們?nèi)祟愐幌蛏朴趯W(xué)習(xí)，又從荷葉的這個(gè)神奇能力上學(xué)習(xí)到了什么呢？荷葉為什么“出淤泥而不染”說(shuō)到荷葉，同學(xué)們可能會(huì)想到它“出淤泥而不染”。它生于淤泥之中，卻不染纖塵，還能讓灰塵和污垢隨著水而流走。不過(guò)，也許有同學(xué)會(huì)說(shuō)：“這有什么稀奇的？植物葉片、花瓣都會(huì)讓雨水滑落吧！”荷葉的“絕技”還真不是所有植物都能做到的，不信，你看玫瑰花瓣在落上了雨水之后，表面就會(huì)附著很多的小水滴，并不像荷葉那樣“滴水不沾”。這是什么原因呢？我們摸一摸荷葉的表面，感受一下，是什么感覺(jué)呢？有點(diǎn)像摸打過(guò)蠟的地板，但又有一些粗糙的感覺(jué)。如果在顯微鏡下觀察荷葉，你會(huì)發(fā)現(xiàn)荷葉的葉片結(jié)構(gòu)很奇妙！原來(lái)，荷葉的表面其實(shí)并不平滑，而是布滿了一個(gè)個(gè)半球形的“小山包”。科學(xué)家管這些“小山包”叫乳突，它們的高度、底座直徑為5～10微米，兩個(gè)乳突之間的距離為10～12微米。而一根頭發(fā)的直徑大約有50微米，你可以想象，這些乳突有多小了。我們?nèi)绻^續(xù)放大觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些乳突的表面也不光滑，還長(zhǎng)著許多直徑為0.1～0.2微米的蠟質(zhì)小乳突。所以，如果你是一個(gè)只有0.1微米高的小人國(guó)居民，站在荷葉的表面，就像站在群山之中，而每一座“山”上又長(zhǎng)著密密麻麻的“柱子”。這種結(jié)構(gòu)和荷葉不沾水的性能有什么關(guān)系呢？原來(lái)，這些小山一樣的乳突因?yàn)橛小吧桨?，也有“山谷”，凹陷的部分可以“鎖”住空氣，在荷葉的表面形成非常薄的一層“空氣墊”。當(dāng)水滴落到荷葉表面的時(shí)候，空氣墊和乳突一起托舉著水滴，使得水滴在自身的表面張力作用下，不能鋪展開(kāi)來(lái)，而是凝聚成一個(gè)個(gè)球形的水珠，并迅速滾下葉片。如果葉片表面有灰塵，也會(huì)一起被水滴帶走。所以，荷葉表面的乳突就是一層最好的保護(hù)膜。這種現(xiàn)象被稱為荷葉的“自凈”，又叫“疏水效應(yīng)”?！笆琛本褪鞘柽h(yuǎn)的意思，非常形象地表示了荷葉對(duì)水的排斥。所以，科學(xué)家把和荷葉結(jié)構(gòu)類似的表面叫“疏水表面”。我們可以看到，水滴在固體表面的接觸部分有—個(gè)角度，水滴越“圓”，和表面接觸形成的角度越大?？茖W(xué)家定義為，接觸角大于90°的是疏水表面，大于150°的是超疏水表面。神奇的超疏水材料在大自然中，這種疏水特性并不只有荷葉才有，還有不少植物，比如水稻的葉片，甚至一些昆蟲(chóng)的翅膀、足部都有這種特性，可以幫助它們不被水沾濕。當(dāng)然，荷葉的疏水性是最好的。那么，荷葉的這種特性對(duì)我們?nèi)祟愑惺裁磶椭兀客ㄟ^(guò)參考荷葉的結(jié)構(gòu)，科學(xué)家發(fā)明了“超疏水材料”。顧名思義，它是一種對(duì)水具有排斥性的材料，讓水滴在其表面無(wú)法鋪展開(kāi)，一直保持球形滾動(dòng)狀。為了做到這一點(diǎn)，超疏水材料普遍具有微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)和低表面能的化學(xué)物質(zhì)。具有這種特性的材料可以說(shuō)是“神通廣大”，具備很強(qiáng)的防水性能和自清潔性能。比如，在建筑表面涂上超疏水涂料，或者制作具備超疏水性能的玻璃，在下雨的時(shí)候可以讓雨水有效地帶走表面的灰塵，讓建筑物長(zhǎng)期保持清潔。用疏水材料制作的衣服，可以在衣服被飲料、油污等弄臟時(shí)，用水一沖就變干凈。超疏水材料還可以用來(lái)制作手機(jī)屏、平板電腦屏，可以讓屏幕不那么容易留下臟兮兮的指紋?？茖W(xué)研究并沒(méi)有止步。最近，研究者又通過(guò)仿生刺鲀皮膚表面的尖刺研制出一種全新的超疏水材料，讓它在疏水的同時(shí)還能夠保持彈性和耐磨、耐刮擦、耐沖擊的性能。這又是怎么做到的呢？我們已經(jīng)知道，現(xiàn)有的超疏水材料的表面模仿荷葉的結(jié)構(gòu)，在表面設(shè)置了一層細(xì)小的凸起，可以和水滴相排斥，讓水滴無(wú)法在表面鋪展開(kāi)。但是，現(xiàn)有的超疏水材料表面的凸起往往比較脆弱，很容易因?yàn)槌杷牧系男螤顝澢蚝蛨?jiān)硬物體摩擦而斷裂，這樣就影響了疏水效果。所以，現(xiàn)有的超疏水材料為了保證疏水性，往往都彈性不夠，不易彎曲。那么，如果讓表面的凸起足夠堅(jiān)韌，是不是就可以讓它形成的材料能夠隨意彎曲呢？什么樣的凸起符合這一特點(diǎn)？科學(xué)家們想到了刺鲀身體表面的尖刺，雖然它比疏水材料表面的乳突要大許多倍，但它具備柔韌、不易損壞的特點(diǎn)，是可以參考的。所以，科學(xué)家們?cè)趨⒖即眺兇痰慕Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研制出了一種新的有彈性超疏水材料，它在被彎曲和磨損超過(guò)一千次之后，疏水性仍然很穩(wěn)定，而且可以防止由于碰撞所導(dǎo)致的變形。這樣，將會(huì)解決傳統(tǒng)超疏水材料使用壽命短的問(wèn)題，可以在更多的領(lǐng)域廣泛使用?？茖W(xué)研究需要經(jīng)過(guò)廣泛的觀察和不怕挫折的