“予獨愛蓮之出淤泥而不染，濯清漣而不妖…….” 北宋理學家周敦頤在《愛蓮說》中用如許的詩句表達了對蓮花品（rèn）格（xìng）的熱愛。而在科技高度發展的今天，蓮花“出淤泥而不染”這一特征，引起了國內外科學家們的愛好。我們的故事就從荷葉的“自清潔”效應開始講起。

荷葉自己是不沾水的，這是因為荷葉外觀具有粗糙的微觀形貌以及疏水的表皮蠟。這種特別的結構有助于鎖住空氣，進而防止水將外觀潤濕。水滴在荷葉上形成一個球形，而不是鋪睜開來，像如許的外觀，就是“超疏水外觀”。這種超疏水外觀可以有用地防止被污水污染，并且外觀的灰塵，雜質也會被雨水帶走。這便是荷葉“出淤泥而不染”的緣故原由了。

荷葉外觀（左）以及其在掃描電子顯微鏡下的形貌（右，比例尺為1 μm） 圖片來源：左圖：shutterstock友誼提供；右圖：參考文獻[1]

荷葉這種自清潔性能被人們稱為“荷葉效應”。近20年來，仿荷葉的人造超疏水外觀賡續涌現。然而，這項技術因為種種限定，一向未能大規模地應用。現有的許多超疏水外觀，都容易被油污染失去超疏水性。為了解決這個題目，學者們又設法開發出了一種疏水疏油的超雙疏外觀[2]，我也曾跟風研究了一下[3]。然而，機械出身的我在研究中發現，雖然雙疏外觀在自清潔方面略勝一籌，但對于一些必要潤滑的零件就不適用了：比如軸承，齒輪如許的零件，假如連潤滑油都排斥，就沒辦法興奮地工作了。

假如能找到一種被油污染，甚至浸潤到油里，仍然可以自清潔的材料，或許就能解決這一題目。很快，我在從一篇仿豬籠草制備自清潔外觀的論文[4]中得到了啟示。這種外觀行使微觀粗糙結構鎖住潤滑油，使得液滴在滑落外觀的過程中帶走灰塵。那么我們的材料是否也可以做到這點咧？

一開始，我先將自制的疏水涂料涂在玻璃外觀，然后將十六烷（柴油的重要成分）涂在疏水涂料外觀。隨后將該外觀一半浸入十六烷中，一半暴露于空氣中，將用一氧化錳粉末模仿的“灰塵”分別灑在外觀上浸入油中和暴露于空氣中的部分，用水沖洗。效果注解，即使被油污染，這種“豬籠草效應”仍然可以保證自清潔性能。在日常生活中和工業生產中，我們的材料常常會碰到食用油和柴油，以及室內室外的灰塵。于是我又選取了這些作為我實驗的材料，重復了上述的自清潔實驗。

油中實驗過程。污垢分別使用公園里的泥土（Soil）和室內的灰塵（Dust）充當，油選用十六烷（Hexadecane）和食用油（Cooking oil）。經過疏水涂料處理的外觀被部分浸潤在油中，界面處撒有污垢。之后，研究者向外觀滴水（為了便于分辨，水被事先染成藍色），以消滅外觀上的的污垢。 圖片來源：詳見參考文獻[5]

在超疏水領域里，還有一個緊張的題目——強度題目。因為超疏水外觀依托于微米/納米量級的微觀結構，這種結構極易磨損，從而導致超疏水外觀有著“不堅固”的弱點。我也看到過網上一些很酷炫的超疏水噴漆，它們都無法回避強度題目：如果這些涂料很脆弱，那么天然不耐用；如果這些涂料強度很高，噴到頭發或皮膚上怎么辦？這東西疏水，所以用水洗沒用，也一定不能用丙酮什么的去洗。

說來也巧，一次偶然中，我將自制的疏水涂料涂在透明膠的粘黏面上，卻不測地發現無論用刀刮照舊砂紙磨，都無法將涂料從膠上除去。那情形大致就好比抓一把塵土灑在膠上，粘上了，就很難再將塵土除去。基于這個啟示，我嘗試了用雙面膠涂在玻璃外觀，然后加入疏水涂料，形成類似三明治的結構——玻璃和疏水涂料分別粘結在雙面膠兩側。如許一來，外觀就變得特別很是結實，甚至用砂紙交叉摩擦幾十個往返，仍然可以保持外觀超疏水性。

為了讓疏水涂料更加廣泛地應用于棉花，紙張，布料等軟材料，我采用了噴膠，效果同樣得到了耐磨的超疏水外觀。在日常生活中，一個外觀通常會經歷的“暴力”遭遇包括手抹（例如墻面）和刀劃（例如車），因此在外觀強度測試中，我又加入了手抹和刀劃測試。然而，被虐千百遍的疏水外觀卻依然待我如初戀，毅然堅挺地排斥著水滴。

經粘膠和超疏水涂層處理的外觀，即便經過多次刀劃，也仍然保持自清潔功能。圖片來源：參考文獻[5]

在進行各項其他實驗之后，我和同事把研究效果寫成論文，發表在了《科學》雜志上[5]。其實，這個研究的精髓并不在于把超疏水外觀做到多強多耐磨，而是提供了一種思路——將超疏水領域的“脆弱”的弱點交給更加成熟的黏膠技術去戰勝。在詳細的生產實踐中，無論是大到發掘機防水，照舊小到自家涂墻，都可以根據必要選擇屬于本身的膠去做“中介”。換言之，膠有多給力，超疏水外觀就有多給力。并且，相比于直接噴涂堅固的超疏水涂層，這種兩步法（膠+涂料）更加安全天真。安全性表現在，假如不警惕直接把超疏水涂料噴在皮膚上，拿個紙巾就可以擦掉；天真性表現在，可以根據詳細情況，選取合適的膠，進而調整超疏水涂層的強度。沿著這個思路，信賴在不久的未來，會有更多更酷炫的超疏水材料出現。

本文作者是英國倫敦大學學院化學系博士生陸遙，他們實驗室的研究成果發表在最新一期的《科學》雜志上，論文的第一作者陸遙應邀撰寫此文。果殼網科學人迎接更多科研工作者為我們撰稿，熱情的約請函在此。

（編輯：Calo）

參考文獻：W. Barthlott, C. Neinhuis, Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces, Planta (1997) 202: 1-8. A. Tuteja et al., Designing Superoleophobic Surfaces, Science (2007) 318: 1618-1622. Y. Lu et al., Preparation of Superoleophobic and Superhydrophobic Titanium Surfaces via an Environmentally Friendly Electrochemical Etching Method, ACS Sustainable Chem. Eng. (2013) 1: 102–109. T. Wong et al., Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity, Nature (2011) 477: 443–447. Y. Lu et al., Robust self-cleaning surfaces that function when exposed to either air or oil, Science (2015) 347: 1132-1135.文章題圖：Lu Yao

更多納米防水資訊請關注納米防水微信號: nanowp