赏荷时节，需知道的奥秘
盛夏来临，正是赏荷的大美时光，在红花绿叶的点缀下，夏日仿佛多了一丝凉意。每当提到荷花，总能想起周敦颐在《爱莲说》中写到的“予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖”。莲怎么做到出淤泥而不染呢？我们都知道，荷叶有种特殊的能力，就是把叶面上的水滴聚集成一颗颗的小水珠，水珠晶莹圆润，所以才有了“大珠小珠落玉盘”的美誉。在中学的物理课上曾经介绍过，这是因为表面张力的作用。那么，表面张力到底是怎么产生这种奇特效果的，人类又能从中学到什么呢？
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#1 亲疏有别
固体表面上的水滴，因为表面张力的作用，都会有收缩的趋势。但在绝大多数物体的表面上，水滴都不会像在荷叶上这样，变成一颗颗滚圆的小水珠，而是会整个铺展开来，成为一层扁平的水膜。真正让荷叶产生这种效果的，是一种称为疏水性的微观作用。
我们一般用“接触角”的概念来描述这种作用。接触角的两边，分别是液体-固体接触的表面和液体-空气接触的表面，下图中的θ角就是接触角：
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当θ的角度小于 90°时，它就是普通的亲水表面，水滴就会在重力的作用下，坍塌成一个水膜，而当θ大于 90°时，就出现了“疏水性”，水滴就会尽量保持球状，而这个固体的表面就是“疏水表面”。θ越大，疏水性就越明显。当θ大于 150°时，水滴就会形成近似正球体的形状，几乎不会沾在固体表面上，因而被称为“超疏水表面”。
荷叶表面的结构，就是一个典型的超疏水表面，因而可以让水珠滚来滚去。
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#2 用途广泛
当人类了解了荷叶表面不沾水珠的现象后，很快就发现其秘密在于表面有很多微米级的凸起，就像是刷子上一排排的硬毛，能够把水珠“托”在顶端，从而达到超疏水的效果。
随后，随着材料科学的发展，人类逐渐开发出了如激光蚀刻、金属沉积、高速喷涂等技术，能够制造出不同种类的、带有超疏水表面的材料，在各个领域大显神通。
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最常见的一种用途，就是各种防水的面料。在这些面料的外侧，有一层超疏水表面，当水滴碰到它，就会变成圆球状而滚落，不会渗透进去，从而实现防雨的功能。同时，它的内侧又和普通的布料一样透气，能让身体表面的汗水透过衣服正常地散发出去。因此，它和普通的雨衣相比，不会让人感到闷热，穿着舒适、凉快。类似的，它也可以被用于冲锋衣、迷彩服、围裙、防护服的制作，尽可能地避免液体的渗入。
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从反方向来考虑，这些面料又可以被用作医疗器械，比如贴在伤口的敷料、创可贴。来自苏黎世联邦理工学院和新加坡国立大学的科学家开发了一种由硅树脂和碳纳米纤维组成的超疏水涂层。这种涂层可以防止血液和其他液体黏附在伤口上，还能有助于血液凝固。有了这种材料，在更换绷带时就可以避免伤口重新裂开。对那些伤口需要换药的患者而言，这种敷料比传统的纱布要舒服太多了。
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另外，这种超疏水表面材料，还有一大类常见的用途：自清洁材料。既然水滴在它的表面上会变成水珠，而水珠又很难“站得住脚”，那就会朝着较低的方向滚动。这些水滴流动的过程中，就可以把表面上黏附的灰尘、污垢一起带走。这种技术用在楼宇外墙、雕塑表面上，能在日常清洁中节省大量的人力。
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我们都知道，在天气较冷、湿气较大的场合，无论是汽车玻璃、游泳镜还是眼镜，都很容易“起雾”，这是因为空气中的水蒸气，在较冷的镜片表面会凝结成小水珠来妨碍使用者的视线。而只要在镜片表面涂上一层具有超疏水作用的膜，就能有效地防止这种水珠的凝结。同时，在寒冷的天气里，这种超疏水的表面很不容易结霜，具有良好的防冻性——再加上自清洁的属性，它就非常适合用来制造光伏材料，尤其是在那种大规模的光伏发电站中，能够自动地完成光伏材料的清洁、除雾、除霜，极大地降低维护成本。
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此外，还有研究人员将这种技术用在大型的吸油海绵上：由于各种原因（比如船舶失事、油井泄漏等等），海洋出现大面积油污时，就必须将油污尽快吸走。然而，普通的多孔材料在吸油的同时也会大量吸收海水，很快就达到了饱和状态，吸油效率较低。采用具有超疏水表面的吸油海绵，则可以实现油水分离，最大限度地利用海绵的吸收能力，提高吸油效率。
作者介绍
馒头老妖，高校教师，化学博士，从事食品安全方面的研究。
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编辑：胡婷婷、赵梦涵
设计排版：肖婧倩
审稿：李婷
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