鴨子的羽毛幾乎是不沾水的，因為它們的羽毛上有一層油；蓮花可以“出污泥而不染”，荷葉可以完全排斥水滴，因為它們的外表覆蓋著一種像蠟一樣的物質(zhì)，科學(xué)家稱之為“拒水表面”。
荷葉的拒水表面上布滿“小包”。它們緊緊地挨在一起形成了一個針對于葉子表面的“保護層”。當(dāng)雨滴落下時，“小包”中的空氣不會排出。因為“小包”之間的距離很小，空氣使得雨滴不可能通過縫隙進入真正的葉子，所以雨水只能在“小包”上滾動。落下的雨滴帶走了樹葉上的灰塵，沖走了各種細菌。大自然的“智慧”真的很吸引人。
一種表面，一個夢想
科學(xué)家們正試圖用人造材料來模擬荷葉的表面。他們發(fā)明了一種“超級排斥表面”，并以一個組合的拉丁詞命名，這個詞由“一切”和“憎惡”組成，最初的意思是“憎惡一切”。在材料科學(xué)家看來，“憎惡一切”意味著拒絕所有液體，包括水和油，以及血液、咖啡和酒精等等。“排斥一切”的材料是人們的夢想。
材料科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出幾種版本的超排斥表面。例如，他們試圖用非常細的不銹鋼絲制作密集的金屬絲網(wǎng)，這與家里使用的紗窗相似，但編織的密度要高得多。有1200多個小網(wǎng)格分布在一個成人拇指指甲大小的樣本上�？茖W(xué)家在金屬絲網(wǎng)上噴上一層薄薄的化學(xué)纖維涂層，在網(wǎng)中形成小氣囊。任何與這些安全氣囊接觸的液體都只能在氣囊上流動，而不是真正的固體表面。這樣，它看起來就像一片荷葉的表面。
如果用這種面料附加在衣服上，不僅可以保持干凈，而且是一件很棒的防護服�；瘜W(xué)家和醫(yī)生可以用它來防止酸性液體、血液和其他危險液體。
表面的多種行為
科學(xué)家認為，如果材料的表面能夠被選擇性地排斥，那么這些材料就可以發(fā)揮更大的作用。例如，他們開發(fā)了一種特殊的表面來處理石油污染，這使得清理湖泊、河流和海洋中的石油變得更加容易。為了建造這樣一個表面，科學(xué)家們還需要一個非常細的金屬絲網(wǎng)，然后在上面涂上一種化學(xué)物質(zhì)，這種化學(xué)物質(zhì)可以驅(qū)油，但可以吸收水分。如果你把油和水倒在這樣的表面上，水就會通過表面，油就會被堵住。在試驗中，人們用這種表面制成的織物來去除水中的油污。結(jié)果，99%的油從水中被去除。
科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，讓表面呈現(xiàn)出一種“混合”行為，也能滿足更多人的需求。一個突出的例子是鏡子和其他玻璃物體的表面。這些表面很容易被霧化和模糊。這是因為當(dāng)潮濕的空氣碰到冰冷的玻璃，如相機鏡頭、鏡子等時，空氣中的水分會被寒冷的表面迅速凝結(jié)。這些凝結(jié)的水滴散射光線，使玻璃不透明。
科學(xué)家們一直想設(shè)計一種能吸收玻璃上水滴的表面。他們發(fā)明了一種與“超級排斥表面”相反的材料——“超級吸收表面”。這種表面可以使水滴在玻璃上變平，變成“水面”。這樣，由于水在玻璃上的厚度是一樣的，所以光的散射就不會發(fā)生了。然而，即便如此，仍然存在一些問題。如果溫度低于0℃，水層就會結(jié)冰，冰上會結(jié)霜。其實，這是一個棘手的問題，所以“超級吸收表面”并不能從根本上解決問題。
為了徹底解決玻璃起霧的問題，麻省理工學(xué)院的材料科學(xué)家邁克爾·盧布納和他的同事們想出了一個更好的解決方案，那就是制作一個復(fù)合表面，吸收水蒸氣，但排斥水滴�？諝庵械乃挚梢酝ㄟ^組合表面的外層，但一旦通過外層，就會被內(nèi)層捕獲并附著在內(nèi)層，內(nèi)層只能暫時“固定”水分子。它的秘密是氣水分子不能聚集在內(nèi)層，所以不能混合和凍結(jié)。同時，雖然外層不排斥水蒸氣，但它可以排斥液態(tài)水，因此，如果雨滴落在這層涂層上，它們只能滾動下來。
在測試中，魯布納和他的團隊將小塊玻璃在零下20℃下冷凍一小時，然后將玻璃置于溫暖潮濕的環(huán)境中。因此，沒有組合表面的玻璃很快就會“起毛”，但有組合表面的玻璃將保持清潔和透明。
給巨輪穿上“空氣外套”
解決玻璃“起毛”問題是許多人的夢想。相機鏡頭、望遠鏡經(jīng)常因為這種霧氣籠罩而煩人。
不過，在目前，這種表面也有一個缺點，即過于脆弱，容易損壞，因此暫時無法在汽車的擋風(fēng)玻璃上工作。也許下一代技術(shù)可以制造出更堅固的復(fù)合表面，到那時，這種表面將更加有用。
“超級排斥表面”的出現(xiàn)使一些科學(xué)家有了越來越多的想法，于是有人想到了更大的帆船。在浩瀚的海洋中，大型船舶的航行是非常消耗能源的。他們必須克服水中巨大的阻力。當(dāng)一艘巨輪在水流中劃過時，水與船體之間的摩擦對船舶形成了強大的阻力。如果有辦法減少這種影響，飛船將以更快的速度行駛，消耗更少的能量�？朔枇Φ年P(guān)鍵是減少摩擦力。其中一種方法是在船的吃水線下建立一個空氣層，這就像在一艘巨輪上安裝一個“空氣外套”。在這種情況下，船實際上是在空氣中航行，而不是在水中。
夏洛特·巴爾比耶在橡樹嶺國家實驗室的團隊決定設(shè)計一種能夠捕捉空氣的表面，然后在表面涂上一層防水的化學(xué)涂料。為了進行測試，科學(xué)家們首先研究了一些鋁盤。他們在圓盤上刻了凹槽。這些凹槽代表著大船上的水通道。水流通過渠道可以有效地減小阻力。接下來，科學(xué)家們用酸腐蝕通道內(nèi)部和通道之間的一些較小的結(jié)構(gòu)。它們是毛孔，上面覆蓋著一層防水聚合物。事實上，這種表面類似于其他科學(xué)家開發(fā)的拒水表面。
為了測試表面的效果，科學(xué)家們把碟片放在水下，用一種類似錄音機的裝置高速旋轉(zhuǎn)它。試驗數(shù)據(jù)表明，溝槽深度和氣孔大小對減阻效果有影響，且這種影響隨速度的變化而變化。巴爾比耶認為，如果使用這種表面技術(shù)并進行適當(dāng)處理，300米長的油輪在航行中可以減少44%的牽引力。
可以預(yù)見，表面技術(shù)的應(yīng)用將會非常廣泛�？茖W(xué)家們正試圖將表面技術(shù)擴展到幾乎所有領(lǐng)域。例如，計劃在輸電線路表面涂上一層涂層，以清除輸電線路上的冰凍冰，這在暴風(fēng)雪天氣中會造成很大的麻煩。類似的，類似的涂料也能減少船體上的藻類，使船舶航行更省力。至于日常生活中的其他方面，比如不沾污垢的衣服、不起霧的鏡子、眼鏡、燈光等等，不勝枚舉。正因為如此，“超排斥表面”對科學(xué)家來說具有“超魔力”。
