四川科研團隊成果登上世界頂級科學雜誌《自然》封面

●全世界科學家研究幾十年，沒找到理想的解決辦法。業內人士表示，對超疏水材料領域來說，塗層機械穩定性不足問題就像是喜馬拉雅山一樣難以翻越

●有了「鎧甲」，超疏水塗層耐磨程度提高了100倍。實驗人員拿刀片刮、用砂紙磨、拿改刀戳……一番折騰下來，依然沒損壞「鎧甲」保護下的超疏水塗層

●不起霧的護目鏡、可以「自清潔」的玻璃幕牆成為可能。怎麼擴大到規模化生產，還需要進一步在工藝和技術上進行研究

今年6月初，世界頂級科學雜誌《自然》封面文章，發表了電子科技大學基礎與前沿研究院教授鄧旭、王德輝團隊的最新科研成果《設計堅固的超疏水表面》。以一項基礎研究登上頂級科學雜誌封面，這在四川乃至全國都不多見。這項研究「首次通過去耦合機制將超疏水性和機械穩定性拆分至兩種不同的結構尺度，並提出微結構『鎧甲』保護超疏水納米材料免遭摩擦磨損的概念」。從應用角度來說，它為「墨水都潑不髒的襯衣」「拿水龍頭衝洗的手機」等產品的誕生提供了技術支持。

「墨水都潑不髒的襯衣」為啥沒走進我們的生活？

要了解這項研究首先要了解啥是超疏水。夏天常見的荷葉就具備這項「技能」——雨點落在荷葉上並不會浸潤下去，而是變成大顆水珠直接滾落。雨停了，一滴水也不會沾上。

不僅「不沾水」，更妙的是還能「自清潔」。「雨滴滾落同時，會順帶把荷葉表面的灰塵也帶走。」王德輝說，普通材料沒有這個能力，甚至可能出現「雨水越衝越髒」。這是因為，雨滴並不像在荷葉上那樣很容易就滾落，而是被材料吸附慢慢蒸發，「各種髒東西也就沒被帶走、堆在原地了。」

早在上世紀，不少科學家就注意到荷葉的「超疏水」特性，並通過模仿其原理研發出了各種超疏水材料。如今，在網上輸入關鍵詞「超疏水」，很容易找到相關視頻——一大桶黑墨水直接潑在有超疏水塗層的襯衣上，襯衣依舊雪白如新；拿顏料噴塗有超疏水塗層的牆壁，眼看顏料沾不住，滴溜溜往牆根兒落；有超疏水塗層的手機髒了，直接在水龍頭下面衝洗就能變乾淨……

既然技術能實現，為啥日常生活裡還是看不到「墨水都潑不髒的襯衣」「拿水衝洗的手機」「不會髒的牆壁」？關鍵瓶頸是超疏水塗層的機械穩定性不足。「就是不耐用，一點兒磕碰就可能把塗層磨損，這樣也就沒了超疏水能力。」王德輝表示，這導致相關研究成果遲遲走不出實驗室。

全世界科學家研究了幾十年，都沒找到理想的解決辦法。不止一位業內人士表示，對超疏水材料領域來說，這個問題就像是喜馬拉雅山一樣難以翻越。

四川科學家為啥就能「翻過這座喜馬拉雅山」？

鄧旭、王德輝團隊成果能登上《自然》封面，就是因為它在理論和實驗上「翻過了這座喜馬拉雅山」。

究竟是怎麼解決的？這首先要從「超疏水塗層為啥不耐用」說起。

如果你拿顯微鏡觀察超疏水塗層，會發現上面有很多微米級的凸起，這些凸起上又有更小的納米級凸起。「你可以把它們想像成像珊瑚那樣的『小觸手』，只不過小了無數倍。」王德輝介紹，這些「小觸手」足夠小、它們之間的縫隙也足夠小，小到水滴由於自身張力的原因流不到縫隙裡去，變成很容易滾動的水珠。

問題就出在「小觸手」實在是太「脆弱」了，很容易折斷。那怎麼避免折斷？全球科學家想了很多辦法，效果都不理想。鄧旭、王德輝團隊則琢磨出一種全新思路：能不能給「小觸手」做一身「鎧甲」，把它們保護起來？

在特別製作的示意圖上，筆者看到了「鎧甲」的樣子——它們就像是在平地上挖出一個又一個緊挨著的、倒金字塔形的「坑」。所有「小觸手」就被保護在「坑」裡。

這是一個令人拍案叫絕的設計。一方面「坑」的邊緣略高於「小觸手」，使得「天塌了有高個子頂著」——磨損首先傷害的是「坑」邊緣，而由於種種原因，「高個子」遠遠比「小觸手」更結實；另一方面，水滴依然可以和「坑」裡的「小觸手」接觸，從而儘可能保留超疏水性能。

根據實驗數據，有了「鎧甲」，超疏水塗層耐磨程度提高了100倍左右。傳統塗層剮蹭幾下，甚至在強大水流衝刷下，都可能喪失超疏水性能；而在實驗室拍攝的視頻中，實驗人員拿刀片刮、用砂紙磨、拿改刀戳……一番折騰下來，依然沒損壞「鎧甲」保護下的超疏水塗層。

生活中的超疏水產品離我們究竟還有多遠？

事實上，早在今年4月，《自然》雜誌就發來電子郵件表示會正式錄用稿件。王德輝笑言得知消息那天，團隊所有人都很淡定，甚至都沒有邀約一起吃頓好的，「（消息）等太久，都沒啥感覺了，頂多就發個朋友圈。」

團隊成員更關注的，是如何讓這項成果加速「走出」實驗室。

畢竟它在生活中已有不少潛在的應用場景。除了前述「墨水都潑不髒的襯衣」「拿水衝洗的手機」等，不起霧的護目鏡、可以「自清潔」的玻璃幕牆等都是完全可能的，「如果得到應用，像高空擦玻璃這麼危險的事情就可以不用再做了。」王德輝表示。

更重要的是高科技行業領域的應用。鄧旭特別提到它對太陽能發電的潛在價值——就像汽車玻璃久了不洗會髒一樣，太陽能發電板表面也會沉積灰塵，而這顯然會影響光電轉換。根據測算，發電效率一個月就會降低15%以上。更麻煩的是鳥糞等有腐蝕性的汙染物，會導致短路等問題。而超疏水塗層的「自清潔」特性可以很好解決這個問題。他透露，除太陽能發電外，也在和電力公司接洽用於高壓電線的「自清潔」，和飛機製造公司商討用於飛行器的防結冰等。

「現在要做的是儘快開展中試（產品正式投產前的試驗，是產品在大規模量產前的較小規模試驗）。」王德輝介紹，實驗室只在小面積上做出了「鎧甲」結構。怎麼擴大到規模化生產，還需要進一步在工藝和技術上進行研究。（熊筱偉）