神奇的超疏水材料

固體表面上的水滴，因為表面張力的作用，都會有收縮的趨勢。但在絕大多數物體的表面上，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θ大于90°時，就出現了“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”。

荷葉表面的結構，就是一個典型的超疏水表面，因而可以讓水珠滾來滾去。

當人類了解了荷葉表面不沾水珠的現象后，很快就發現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，從而實現超疏水的效果。

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

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，有一層超疏水的表面：當水滴碰到它，就會變成圓球狀而滾落，不會滲透進去，從而實現防雨的功能。同時，它的內側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療器械，比如貼在傷口的敷料、創可貼。因為超疏水作用，它會和血液保持松散的接觸。當傷口結痂后，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，這種敷料比傳統的紗布要舒服太多了。

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來自蘇黎世聯邦理工學院和新加坡國立大學的科學家開發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，把金屬單質沉積在表面上。

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。把這種技術用在樓宇外墻、雕塑表面上，能在日常清潔中節省大量的人力。

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。同時，在寒冷的天氣里，這種超疏水的表面很不容易結霜，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，尤其是在那種大規模的光伏發電站中，能夠自動地完成光伏材料②的清潔、除霧、除霜，極大地降低了維護成本。

此外，還有研究人員將這種技術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，很快就達到了飽和狀態，吸油效率較低。采用具有超疏水表面的吸油海綿，則可以實現油水分離，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？