利刀劈水不是夢(mèng)

朱會(huì)鑫

利刀劈水，曾經(jīng)是人們遙不可及的夢(mèng)想。然而，這個(gè)看似不可能的事情，如今竟實(shí)現(xiàn)了。就在不久前，美國亞利桑那州立大學(xué)的研究人員研制出了一把能劈水的利刀，可以輕而易舉地將水滴一分為二。

這把神奇利刀的制作方法與傳統(tǒng)刀具不同。研究人員先用0.5厘米的鋅銅薄片把利刀鑄造成型;然后，用丙酮、乙醇、去離子水對(duì)利刀的表面進(jìn)行反復(fù)沖洗，再用氮?dú)夂娓?接著，將它在硝酸銀水溶液中浸泡20秒;最后，對(duì)其進(jìn)行一種高科技特殊處理。從表面上看，這把神奇的利刀并沒有什么特別之處，甚至不怎么鋒利，但當(dāng)把它緩慢切入小水柱或小水滴時(shí)，就能輕松地將水體分開。更令人稱奇的是，用這種利刀不但能讓劈開的小水柱或水滴不再重新聚攏，而且刀的本身還不會(huì)沾上一滴水。

那么，這種利刀為什么能把水真正劈開呢？

這個(gè)高科技的形成，首先歸功于荷葉。由于仿生學(xué)的興起，人們?cè)缫寻l(fā)現(xiàn)，荷葉的表面存在“自清潔”現(xiàn)象。為了進(jìn)一步探究荷葉的“自清潔”原理，20世紀(jì)90年代，德國科學(xué)家威廉·巴斯洛特等人用掃描電子顯微鏡觀察了荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)，研究的結(jié)論是：“自清潔”現(xiàn)象是由荷葉表面的微米級(jí)乳突及表面蠟狀物共同發(fā)揮作用形成的。后來，我國仿生研究科學(xué)家江雷等人對(duì)荷葉表面的微米級(jí)乳突結(jié)構(gòu)又進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)乳突上還存在納米結(jié)構(gòu)，這兩種同時(shí)存在的混合結(jié)構(gòu)，才是形成荷葉表面“自清潔”現(xiàn)象的根本原因。

原來，荷葉乳突的這種特殊結(jié)構(gòu)，會(huì)把空氣“鎖定”在水與固體表面之間，使得荷葉上的水大部分與空氣接觸，而與固體直接接觸面積很小。又由于水的表面張力作用，所以在這種粗糙的表面，水會(huì)變成接近于球形的水珠。因?yàn)樗榕c荷葉的接觸角非常大，所以可以自由地在表面上滾動(dòng)，直至滑落。即使荷葉表面上有了一些臟的東西，也會(huì)被滾動(dòng)的水珠帶走?？茖W(xué)家把這種接觸角大于150度的表面，定義為“超疏水表面”，而一般疏水表面的接觸角僅在90度和100度之間。荷葉正是有了這種超級(jí)疏離水的本領(lǐng)，才具有了“自清潔”能力。

荷葉的這種超級(jí)疏離水的本領(lǐng)，為科學(xué)家制造超疏離水和劈開水的刀提供了靈感。為了制造具有超級(jí)疏離水本領(lǐng)的材料，科學(xué)家在構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)方面大做文章，他們發(fā)明了多種特殊裝飾材料，如碳納米管陣列、碳納米纖維、聚合物納米纖維等，也發(fā)明了多種制造方法，如熔融物的固化、刻蝕法、化學(xué)沉積法、陽極氧化法、模板法等。但從目前看來，這些制作方法的實(shí)驗(yàn)條件都比較苛刻，成本也很高，還不能進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。這樣一來，尋求一種簡(jiǎn)易可行和制造成本低廉的具有超級(jí)疏離水本領(lǐng)的材料，將是科學(xué)家們下一步要破解的難題。

具有超級(jí)疏離水本領(lǐng)的材料一旦能夠投入大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，將會(huì)給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來巨大的影響。如在船舶、潛艇等航行體上和輸油、輸水等運(yùn)輸管道的制作方面，它能發(fā)揮提速和降低能源消耗的作用，而運(yùn)用于建筑物外墻、廣告牌表面、汽車外殼表面，將使其具有防冰雪、防污染、抗氧化的作用。