電子科大基礎(chǔ)與前沿研究院的最新科研成果《設(shè)計(jì)堅(jiān)固的超疏水表面》，登上2020年第六期《自然》雜志封面。

全世界科學(xué)家研究幾十年，沒(méi)找到理想的解決辦法。業(yè)內(nèi)人士表示，對(duì)超疏水材料領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，涂層機(jī)械穩(wěn)定性不足問(wèn)題就像是喜馬拉雅山一樣難以翻越

有了“鎧甲”，超疏水涂層耐磨程度提高了100倍。實(shí)驗(yàn)人員拿刀片刮、用砂紙磨、拿改刀戳……一番折騰下來(lái)，依然沒(méi)損壞“鎧甲”保護(hù)下的超疏水涂層

不起霧的護(hù)目鏡、可以“自清潔”的玻璃幕墻成為可能。怎么擴(kuò)大到規(guī)模化生產(chǎn)，還需要進(jìn)一步在工藝和技術(shù)上進(jìn)行研究

今年6月全球最受矚目的科研成果之一，來(lái)自四川。

6月初，世界頂級(jí)科學(xué)雜志《自然》以封面文章形式，發(fā)表了電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院教授鄧旭團(tuán)隊(duì)的最新科研成果《設(shè)計(jì)堅(jiān)固的超疏水表面》。以一項(xiàng)基礎(chǔ)研究登上頂級(jí)科學(xué)雜志封面，這在四川乃至全國(guó)都不多見(jiàn)。

它究竟研究什么？用學(xué)術(shù)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究“首次通過(guò)去耦合機(jī)制將超疏水性和機(jī)械穩(wěn)定性拆分至兩種不同的結(jié)構(gòu)尺度，并提出微結(jié)構(gòu)‘鎧甲’保護(hù)超疏水納米材料免遭摩擦磨損的概念”。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，它為“墨水都潑不臟的襯衣”“拿水龍頭沖洗的手機(jī)”等產(chǎn)品的誕生提供了技術(shù)支持。

是不是很神奇？記者就此采訪了上述文章第一作者王德輝、通訊作者鄧旭，請(qǐng)他們用最通俗的語(yǔ)言，解讀這項(xiàng)最前沿的科技。

全世界科學(xué)家研究幾十年，都沒(méi)解決超疏水涂層“不耐用”的問(wèn)題

要理解這項(xiàng)科研成果，首先得掌握一個(gè)概念——超疏水。

啥是超疏水？夏天常見(jiàn)的荷葉就具備這項(xiàng)“技能”——雨點(diǎn)落在荷葉上并不會(huì)浸潤(rùn)下去，而是變成大顆水珠直接滾落。雨停了，一滴水也不會(huì)沾上。

不僅“不沾水”，更妙的是還能“自清潔”。“雨滴滾落同時(shí)，會(huì)順帶把荷葉表面的灰塵也帶走。”王德輝說(shuō)，普通材料沒(méi)有這個(gè)能力，甚至可能出現(xiàn)“雨水越?jīng)_越臟”。這是因?yàn)椋甑尾⒉幌裨诤扇~上那樣很容易就滾落，而是大多停留在材料表面上慢慢蒸發(fā)，“各種臟東西也就沒(méi)被帶走、堆在原地了。”

早在上世紀(jì)，全世界不少科學(xué)家就注意到荷葉的“超疏水”特性，并通過(guò)模仿其原理研發(fā)出了各種超疏水材料。如今，在網(wǎng)上輸入關(guān)鍵詞“超疏水”，很容易找到相關(guān)視頻——一大桶黑墨水直接潑在有超疏水涂層的襯衣上，襯衣依舊雪白如新；拿顏料噴涂有超疏水涂層的墻壁，眼看顏料沾不住，滴溜溜往墻根兒落；有超疏水涂層的手機(jī)臟了，直接在水龍頭下面沖洗就能變干凈……

既然技術(shù)能實(shí)現(xiàn)，為啥日常生活里還是看不到“墨水都潑不臟的襯衣”“拿水沖洗的手機(jī)”“不會(huì)臟的墻壁”？一個(gè)關(guān)鍵瓶頸，是超疏水涂層的機(jī)械穩(wěn)定性不足。“換句話說(shuō)，就是不耐用，一點(diǎn)兒磕碰就可能把涂層磨損，這樣也就沒(méi)超疏水能力。”王德輝表示，這導(dǎo)致相關(guān)研究成果遲遲走不出實(shí)驗(yàn)室。

全世界科學(xué)家研究了幾十年，都沒(méi)找到理想的解決辦法。不止一位業(yè)內(nèi)人士表示，對(duì)超疏水材料領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題就像是喜馬拉雅山一樣難以翻越。

琢磨出一種全新思路：做一身“鎧甲”，把具有超疏水性的“小觸手”保護(hù)起來(lái)

鄧旭、王德輝團(tuán)隊(duì)成果能登上《自然》封面，就是因?yàn)樗诶碚摵蛯?shí)驗(yàn)上“翻過(guò)了這座喜馬拉雅山”。

究竟是怎么解決的？這首先要從“超疏水涂層為啥不耐用”說(shuō)起。

如果你拿顯微鏡觀察超疏水涂層，會(huì)發(fā)現(xiàn)上面有很多微米級(jí)的凸起，這些凸起上又有更小的納米級(jí)凸起，“你可以把它們想象成像珊瑚那樣的‘小觸手’，只不過(guò)小了無(wú)數(shù)倍。”王德輝介紹，這些“小觸手”足夠小、它們之間的縫隙也足夠小，小到水滴由于自身張力的原因流不到縫隙里去，變成很容易滾動(dòng)的水珠。

問(wèn)題也就出在“小觸手”身上——它們實(shí)在是太“脆弱”了。這并不難理解，“大家都知道太細(xì)的鉛筆尖容易斷，‘小觸手’也是這個(gè)道理。”王德輝說(shuō)。

既然不耐用是因?yàn)?ldquo;小觸手”容易斷，那怎么避免折斷？全球科學(xué)家想了很多辦法，主要都從“小觸手”自身想招兒，但不管怎么干，效果都不理想。鄧旭、王德輝團(tuán)隊(duì)則琢磨出一種全新思路：能不能給“小觸手”做一身“鎧甲”，把它們給保護(hù)起來(lái)？

在特別制作的示意圖上，記者看到了“鎧甲”的樣子——它們就像是在平地上挖出一個(gè)又一個(gè)緊挨著的、倒金字塔形的“坑”。所有“小觸手”就被保護(hù)在“坑”里。

這是一個(gè)令人拍案叫絕的設(shè)計(jì)。一方面“坑”的邊緣略高于“小觸手”，使得“天塌了有高個(gè)子頂著”——磨損首先傷害的是“坑”邊緣，而由于種種原因，“高個(gè)子”遠(yuǎn)遠(yuǎn)比“小觸手”更結(jié)實(shí)；另一方面水滴依然可以和“坑”里的“小觸手”接觸，從而盡可能保留超疏水性能。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有了“鎧甲”，超疏水涂層耐磨程度提高了100倍左右。傳統(tǒng)涂層剮蹭幾下，甚至在強(qiáng)大水流沖刷下，都可能喪失超疏水性能；而在實(shí)驗(yàn)室拍攝的視頻中，實(shí)驗(yàn)人員拿刀片刮、用砂紙磨、拿改刀戳……一番折騰下來(lái)，依然沒(méi)損壞“鎧甲”保護(hù)下的超疏水涂層。

目前正和投資人接觸，已在探索能“自清潔”的太陽(yáng)能發(fā)電板、防結(jié)冰的飛行器等

事實(shí)上早在今年4月，《自然》雜志就發(fā)來(lái)電子郵件表示會(huì)正式錄用稿件。王德輝笑言得知消息那天，團(tuán)隊(duì)所有人都很淡定，甚至都沒(méi)有邀約一起吃頓好的，“（消息）等太久，都沒(méi)啥感覺(jué)了，頂多就發(fā)個(gè)朋友圈。”

團(tuán)隊(duì)成員更關(guān)注的，是如何讓這項(xiàng)成果加速“走出”實(shí)驗(yàn)室。

畢竟它在生活中已有不少潛在的應(yīng)用場(chǎng)景。除了前述“墨水都潑不臟的襯衣”“拿水沖洗的手機(jī)”等，不起霧的護(hù)目鏡、可以“自清潔”的玻璃幕墻等都是完全可能的，“如果得到應(yīng)用，像高空擦玻璃這么危險(xiǎn)的事情就可以不用再做了。”王德輝表示。

更重要的，是高科技行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。鄧旭特別提到它對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的潛在價(jià)值——就像汽車玻璃久了不洗會(huì)臟一樣，太陽(yáng)能發(fā)電板表面也會(huì)沉積灰塵，而這顯然會(huì)影響光電轉(zhuǎn)換。根據(jù)測(cè)算，發(fā)電效率一個(gè)月就可以降低15%以上。更麻煩的是鳥(niǎo)糞等有腐蝕性的污染物，會(huì)導(dǎo)致短路等問(wèn)題。而超疏水涂層的“自清潔”特性可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。他透露，除太陽(yáng)能發(fā)電外，也在和電力公司接洽用于高壓電線的“自清潔”，和飛機(jī)制造公司商討用于飛行器的防結(jié)冰等。

“現(xiàn)在要做的是盡快開(kāi)展中試（產(chǎn)品正式投產(chǎn)前的試驗(yàn)，是產(chǎn)品在大規(guī)模量產(chǎn)前的較小規(guī)模試驗(yàn)）。”王德輝介紹，實(shí)驗(yàn)室只在小面積上做出了“鎧甲”結(jié)構(gòu)。怎么擴(kuò)大到規(guī)模化生產(chǎn)，還需要進(jìn)一步在工藝和技術(shù)上進(jìn)行研究。鄧旭表示，目前正和投資人接觸。（熊筱偉）