河南農業大學教授宋美榮

大河網訊（記者 張楠）“水滴的飛行”，聽起來神奇又有趣的現象，其實是形象地表達了水滴在超疏水植物葉片上的運動狀態。7月26日，大河網記者從河南農業大學獲悉，為了有效提高農藥利用率，減少環境污染，河南農業大學教授宋美榮團隊在水滴在超疏水植物葉片上沉積難題上取得重要進展，科研女神再度發力。

關于“水滴的飛行”

一滴水，以不同的速度噴射而出，撞擊在固體表面，變形后肆意濺射，水花飛揚……如果用電影慢鏡頭記錄下這一系列動作，一定美得攝人心魄，恰如動作電影里雨幕中打斗的場景一樣，酣暢淋漓。

不過，在科學家眼里，一滴水不止有這樣的美感。在宋美榮的眼里，一滴水的濺射就是一張張包含著特殊運動軌跡、力學作用的三維空間圖。控制一滴水的運動，讓它根據實際應用的需要延長或縮短與固體表面的撞擊接觸時間——這就是宋美榮團隊該項研究的主要內容。

日前，宋美榮教授團隊在美國化學會期刊ACS nano發表了題為《增強水滴在條紋和彎曲結構超疏水植物葉片的沉積》的重要文章，闡明了通過添加極少量柔性聚合物聚氧乙烯醚（PEO）和表面活性劑(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉（AOT）復合助劑，解決水滴在水稻、小麥、蔥類等超疏水植物葉片上的各向異性撞擊損失問題。這一研究對提升農藥等化學藥品使用效率、大幅減少農藥使用量、保護環境將起到重要作用。

水滴在單條紋超疏水表面的沉積策略（左圖）以及在水稻背面的證實（右圖）

提高農藥利用率 減少環境污染

自然界有很多超疏水葉片，由于其極低的表面能，使得水滴撞上去后極易反彈和濺射。這一特性，使得農用化學藥品在噴灑過程中，有超過50%的浪費和損失，造成利用率低下。

據介紹，由于滯留困難，需要多次重復噴灑，造成農藥過度使用，對食品安全和農藥殘留有重大影響。同時，沒有滯留在葉片表面的農藥會流入土壤、湖泊，造成二次生態污染。因此，研究水滴在超疏水表面上的沉積問題對提高農用化學品的利用率、減少浪費和環境污染等具有非常重要的意義。

宋美榮團隊通過長期研究，掌握了水滴撞擊條紋和彎曲結構超疏水植物葉面的特點，凝練了“分裂——持留——鋪展”的解決思路，提出了添加具有顯著拉伸黏度的高分子量的聚合物稀溶液（如PEO）來抑制液滴的分裂、添加少量表面活性劑（如AOT）增強釘扎效應留住水滴、降低平衡表面張力慢慢浸潤葉片獲得較大的潤濕鋪展面積的解決辦法。該團隊還通過實驗證實了研究思想和沉積策略。

組合助劑增強水滴在條紋（水稻、花菜）和彎曲（蔥）以及平面對照（甘藍）超疏水植物葉片上的沉積

應用前景廣闊 將有效影響整個沉積領域研究

這一研究不僅成功解決了水滴在水稻、小麥、花菜、蔥類等超疏水植物表面上的沉積問題，而且在沉積機理上有了新的突破，首次將各向異性撞擊動力學和沉積機理聯系起來，快速合理地選擇了助劑，這一理念和思想將來有可能影響整個沉積領域方面的應用。

記者了解到，宋美榮團隊的研究不僅在農藥領域有廣泛用途，在生產生活和工程領域中，由于液滴撞擊固體表面的現象普遍存在，因此，宋美榮團隊的研究在這方面也將有重要的用途。

在自清潔、防凍防冰領域，人們希望液滴能夠快速離開表面，其撞擊接觸時間越短越好；而在噴墨打印、農藥噴灑、火災撲救等領域，人們則希望液滴能夠滯留固體表面，液滴撞在固體上的接觸時間越長越好。而此前，宋美榮團隊還曾發表了《利用3D打印方法制備大尺度各向異性超疏水結構降低液滴撞擊接觸時間的研究》《利用囊泡性表面活性劑AOT解決在超疏水表面上的撞擊濺射問題》等多篇重要文章，對液滴撞擊固體表面的現象進行了系統研究，對有關問題進行了詳細闡釋，從中發現了一種全新的撞擊動力學模型——雄鷹展翅式，并找到了有效控制水滴濺射的方法，從小水滴里做出了大學問，她也因此被身邊的師生親切地稱為“控制水滴飛行的科研女神”。