神奇的超疏水材料

固體表面上的水滴，因?yàn)楸砻鎻埩Φ淖饔?，都會有收縮的趨勢。但在絕大多數(shù)物體的表面上，水滴都不會像在荷葉上這樣，變成一顆顆滾圓的小水珠，而是會整個鋪展開來，成為一層扁平的水膜。真正讓荷葉產(chǎn)生這種效果的，是一種稱為疏水性的微觀作用。

一般來說，我們是用“接觸角”的概念來描述這種作用的。接觸角的兩邊，分別是液體-固體接觸的表面，和液體-空氣接觸的表面，也就是右圖中的θ角來表示：當(dāng)θ的角度小于90°時，它就是普通的親水表面，水滴就會在重力的作用下，坍塌成一個水膜，而當(dāng)θ大于90°時，就出現(xiàn)了“疏水性”，水滴就會盡量保持球狀，而這個固體的表面就是“疏水表面”。θ越大，疏水性就越明顯。

當(dāng)θ大于150°時，水滴就會形成近似正球體的形狀，幾乎不會沾在固體表面上，因而被稱為“超疏水表面”。

荷葉表面的結(jié)構(gòu)，就是一個典型的超疏水表面，因而可以讓水珠滾來滾去。

當(dāng)人類了解了荷葉表面不沾水珠的現(xiàn)象后，很快就發(fā)現(xiàn)其秘密在于表面有很多微米級的凸起，就像是刷子上一排排的硬毛，能夠把水珠“托”在頂端，從而實(shí)現(xiàn)超疏水的效果。

隨后，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，人類逐漸開發(fā)出了如激光蝕刻、金屬沉積①、高速噴涂等技術(shù)，能夠制造出不同種類的、帶有超疏水表面的材料，在各個領(lǐng)域大顯神通。

最常見的一種用途，就是各種防水的面料。在這些面料的外側(cè)，有一層超疏水的表面：當(dāng)水滴碰到它，就會變成圓球狀而滾落，不會滲透進(jìn)去，從而實(shí)現(xiàn)防雨的功能。同時，它的內(nèi)側(cè)又和普通的布料一樣透氣，能讓身體表面的汗水透過衣服正常地散發(fā)出去。因此，它和普通的雨衣相比，不會讓人感到悶熱，穿著舒適、涼快。類似的，它也可以被用于沖鋒衣、迷彩服、圍裙、防護(hù)服的制作，盡可能地避免液體的滲入。

從反方向來考慮，這些面料又可以被用作醫(yī)療器械，比如貼在傷口的敷料、創(chuàng)可貼。因?yàn)槌杷饔?，它會和血液保持松散的接觸。當(dāng)傷口結(jié)痂后，要剝離這些敷料所需的力量，比普通的紗布要低十到一百倍，就不會把剛長好的傷口再次扯開了。對那些傷口需要換藥的患者而言，這種敷料比傳統(tǒng)的紗布要舒服太多了。

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來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和新加坡國立大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種由硅樹脂和碳納米纖維組成的超疏水圖層。這種圖層可以防止血液和其他液體黏附在傷口上，還能有助于血液凝固。有了這種材料，在更換繃帶時就可以避免傷口重新裂開。

①金屬沉積

通過置換反應(yīng)，把金屬單質(zhì)沉積在表面上。

②光伏材料

太陽能電池板，指能將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的材料。

另外，這種超疏水表面的材料，還有一大類常見的用途：自清潔材料。既然水滴在它的表面上會變成水珠，而水珠又很難“站得住腳”，那就會朝著較低的方向滾動。這些水滴流動的過程中，就可以把表面上黏附的灰塵、污垢一起帶走。把這種技術(shù)用在樓宇外墻、雕塑表面上，能在日常清潔中節(jié)省大量的人力。

我們都知道，在天氣較冷、濕氣較大的場合，無論是汽車玻璃、游泳鏡還是眼鏡，都很容易“起霧”，也就是空氣中的水蒸氣，在較冷的鏡片表面凝結(jié)成小水珠，這會妨礙使用者的視線。而只要把鏡片表面涂上一層超疏水作用的膜，就能有效地防止這種水珠的凝結(jié)。同時，在寒冷的天氣里，這種超疏水的表面很不容易結(jié)霜，具有良好的防凍性——再加上自清潔的屬性，它就非常適合用來制造光伏材料，尤其是在那種大規(guī)模的光伏發(fā)電站中，能夠自動地完成光伏材料②的清潔、除霧、除霜，極大地降低了維護(hù)成本。

此外，還有研究人員將這種技術(shù)用在大型的吸油海綿上：由于各種原因（比如船舶失事、油井泄漏等等），海洋出現(xiàn)大面積的油污時，就必須將其盡快吸走。然而，普通的多孔材料在吸油的同時也會大量吸收海水，很快就達(dá)到了飽和狀態(tài)，吸油效率較低。采用具有超疏水表面的吸油海綿，則可以實(shí)現(xiàn)油水分離，最大限度地利用海綿的吸收能力，提高吸油效率。

文中講到，超疏水材料可以解決眼鏡起霧的問題。那你知道嗎，同樣是眼鏡，為什么冬天容易起霧，夏天不會呢？