利刀劈水:為什麼能把水真正劈開呢？

真有利刀能劈水

我國一首經典老歌裡有這樣一句歌詞：哪有利刀能劈水，哪有利劍能斬愁？歌詞用利刀不能劈水來類比利劍不能斬愁。這個類比要是在過去看，還是非常生動準確的，但在現在看，就不那麼準確了，因為目前研究人員已經發明出了真能劈水的利刀。

最近，美國亞利桑那州立大學的研究人員就研製出一把能劈水的利刀，它可以很輕易將水滴一分為二。傳統製作利刀的方法就是拿塊好鐵不斷在火裡煅燒，然後拿出來敲打淬火，成型後再反覆打磨，等等。但這把神奇的利刀的製作方法就特別了。研究人員先用0.5釐米的鋅銅薄片把利刀鑄造成型，之後在利刀的表面上開始大做文章：用丙酮、乙醇、去離子水進行反覆衝洗，並用氮氣烘乾；接著將它在硝酸銀水溶液中浸泡20秒，最後再經過一種高科技的特殊處理後才大功告成。這把神奇的利刀表面看上去並無非常特別之處，也不特別鋒利，但用它緩慢切進小水柱，就會立刻將水體分開；切水滴也是同樣。注意，這種「劈水」表演能真正讓劈開的小水柱或水滴不會重新聚攏，而且刀本身更是滴水不沾。而用一般的刀來「劈水」，水柱或水滴在刀離開後會重新聚攏，而且刀也會沾上水。

當然，研究人員發明這種刀的目的，並不是為了單純劈水柱和水滴，而是要用它來把生物體液中的蛋白質從液體中「切割」出來，希望它在科學實驗中發揮獨特作用。

那麼，並不以鋒利取勝的劈水利刀，為什麼能把水真正劈開呢？

劈水利刀的深層秘密

說起來這個高科技的來源，首先歸功於荷葉。人們早就發現，荷葉的表面存在有「自清潔」現象。如水珠可以在荷葉的表面滾來滾去，即使在上面澆一些汙水，也不會在葉子上留下汙痕，因此荷葉才能出汙泥而不染。

荷葉為什麼會有這個神奇本領呢？上世紀90年代，德國的兩個科學家用掃描電子顯微鏡觀察了荷葉表面的微觀結構，認為「自清潔」現象是由荷葉表面上的微米級乳突以及表面蠟狀物共同發揮作用形成的。後來，我國科學家對荷葉表面乳突微米結構又進行了深入分析，發現荷葉表面乳突上還存在納米結構，正是這兩種同時存在的混合結構，才是形成荷葉表面「自清潔」現象的根本原因。

為什麼這種混合結構會讓荷葉滴水不沾呢？原來，荷葉乳突的這種特殊結構，會把空氣「鎖定」在水與固體表面之間，這樣會使得接觸荷葉的水大部分與空氣接觸，與固體直接接觸面積相當小。又由於水的表面張力，所以水在這種粗糙的表面會變成接近於球形的水珠。因為水珠與荷葉的接觸角非常大所以可以很自由地在表面滾動，直至滑落。即使荷葉表面上有了一些髒的東西，也會被滾動的水珠帶走。科學家把這種接觸角大於150度的表面，定義為「超疏水表面」，而一般疏水表面的接觸角僅在90度和100度之間。荷葉正是有了這種超級疏離水的本領，才具有了「自清潔」能力。

當然，自然界裡具有超級疏離水本領的植物，除了荷葉之外還有水稻、芋頭等。正是荷葉等植物的這種超級疏離水的本領，才為科學家製造能疏離水和劈開水的刀，提供了靈感。

劈水技術是怎樣煉成和應用的

為了製造具有超級疏離水本領的材料，科學家主要在構建粗糙結構方面大做文章，為此他們發明了多種特殊裝飾材料，如碳納米管陣列、碳納米纖維、聚合物納米纖維等等；同時也發明了多種製造方法，如熔融物的固化、刻蝕法，化學沉積法，陽極氧化法，以及模板法等等。但目前看來，這些製作方法的實驗條件都還比較苛刻，成本也很高，還不能進行大規模工業化生產——這都是科學家下一步要破解的難題。

科學家之所以對製造級疏離水本領的材料格外用心，那是因為這種神奇材料在工農業生產和人們的日常生活中的應用前景，實在是太廣闊了。像用這種材料製成的劈水利刀，作用就非常獨特。除此之外，這種材料還可以用來防雪、防汙染、抗氧化以及防止電流傳導等。如果建築物的外牆、露天的廣告牌等表面像荷葉一樣，就可以保持清潔。

更重要的是，這種特殊材料未來還可以在船舶、潛艇等航行體上和輸油、輸水等運輸管道的製作方面，發揮提速和降低能源消耗的作用，因為航行體的能量消耗近80%都是要用於克服水的阻力，運輸管道的能量幾乎全部被用來克服管道摩擦阻力。總之，對於這種神奇材料，人們確實應該高看一眼。