“予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖…….” 北宋理学家周敦颐在《爱莲说》中用如许的诗句表达了对莲花品（rèn）格（xìng）的热爱。而在科技高度发展的今天，莲花“出淤泥而不染”这一特征，引起了国内外科学家们的爱好。我们的故事就从荷叶的“自清洁”效应开始讲起。

荷叶自己是不沾水的，这是因为荷叶外观具有粗糙的微观形貌以及疏水的表皮蜡。这种特别的结构有助于锁住空气，进而防止水将外观润湿。水滴在荷叶上形成一个球形，而不是铺睁开来，像如许的外观，就是“超疏水外观”。这种超疏水外观可以有用地防止被污水污染，并且外观的灰尘，杂质也会被雨水带走。这便是荷叶“出淤泥而不染”的缘故原由了。

荷叶外观（左）以及其在扫描电子显微镜下的形貌（右，比例尺为1 μm） 图片来源：左图：shutterstock友谊提供；右图：参考文献[1]

荷叶这种自清洁性能被人们称为“荷叶效应”。近20年来，仿荷叶的人造超疏水外观赓续涌现。然而，这项技术因为种种限定，一向未能大规模地应用。现有的许多超疏水外观，都容易被油污染失去超疏水性。为了解决这个题目，学者们又设法开发出了一种疏水疏油的超双疏外观[2]，我也曾跟风研究了一下[3]。然而，机械出身的我在研究中发现，虽然双疏外观在自清洁方面略胜一筹，但对于一些必要润滑的零件就不适用了：比如轴承，齿轮如许的零件，假如连润滑油都排斥，就没办法兴奋地工作了。

假如能找到一种被油污染，甚至浸润到油里，仍然可以自清洁的材料，或许就能解决这一题目。很快，我在从一篇仿猪笼草制备自清洁外观的论文[4]中得到了启示。这种外观行使微观粗糙结构锁住润滑油，使得液滴在滑落外观的过程中带走灰尘。那么我们的材料是否也可以做到这点咧？

一开始，我先将自制的疏水涂料涂在玻璃外观，然后将十六烷（柴油的重要成分）涂在疏水涂料外观。随后将该外观一半浸入十六烷中，一半暴露于空气中，将用一氧化锰粉末模仿的“灰尘”分别洒在外观上浸入油中和暴露于空气中的部分，用水冲洗。效果注解，即使被油污染，这种“猪笼草效应”仍然可以保证自清洁性能。在日常生活中和工业生产中，我们的材料常常会碰到食用油和柴油，以及室内室外的灰尘。于是我又选取了这些作为我实验的材料，重复了上述的自清洁实验。

油中实验过程。污垢分别使用公园里的泥土（Soil）和室内的灰尘（Dust）充当，油选用十六烷（Hexadecane）和食用油（Cooking oil）。经过疏水涂料处理的外观被部分浸润在油中，界面处撒有污垢。之后，研究者向外观滴水（为了便于分辨，水被事先染成蓝色），以消灭外观上的的污垢。 图片来源：详见参考文献[5]

在超疏水领域里，还有一个紧张的题目——强度题目。因为超疏水外观依托于微米/纳米量级的微观结构，这种结构极易磨损，从而导致超疏水外观有着“不坚固”的弱点。我也看到过网上一些很酷炫的超疏水喷漆，它们都无法回避强度题目：如果这些涂料很脆弱，那么天然不耐用；如果这些涂料强度很高，喷到头发或皮肤上怎么办？这东西疏水，所以用水洗没用，也一定不能用丙酮什么的去洗。

说来也巧，一次偶然中，我将自制的疏水涂料涂在透明胶的粘黏面上，却不测地发现无论用刀刮照旧砂纸磨，都无法将涂料从胶上除去。那情形大致就好比抓一把尘土洒在胶上，粘上了，就很难再将尘土除去。基于这个启示，我尝试了用双面胶涂在玻璃外观，然后加入疏水涂料，形成类似三明治的结构——玻璃和疏水涂料分别粘结在双面胶两侧。如许一来，外观就变得特别很是结实，甚至用砂纸交叉摩擦几十个往返，仍然可以保持外观超疏水性。

为了让疏水涂料更加广泛地应用于棉花，纸张，布料等软材料，我采用了喷胶，效果同样得到了耐磨的超疏水外观。在日常生活中，一个外观通常会经历的“暴力”遭遇包括手抹（例如墙面）和刀划（例如车），因此在外观强度测试中，我又加入了手抹和刀划测试。然而，被虐千百遍的疏水外观却依然待我如初恋，毅然坚挺地排斥着水滴。

经粘胶和超疏水涂层处理的外观，即便经过多次刀划，也仍然保持自清洁功能。图片来源：参考文献[5]

在进行各项其他实验之后，我和同事把研究效果写成论文，发表在了《科学》杂志上[5]。其实，这个研究的精髓并不在于把超疏水外观做到多强多耐磨，而是提供了一种思路——将超疏水领域的“脆弱”的弱点交给更加成熟的黏胶技术去战胜。在详细的生产实践中，无论是大到发掘机防水，照旧小到自家涂墙，都可以根据必要选择属于本身的胶去做“中介”。换言之，胶有多给力，超疏水外观就有多给力。并且，相比于直接喷涂坚固的超疏水涂层，这种两步法（胶+涂料）更加安全天真。安全性表现在，假如不警惕直接把超疏水涂料喷在皮肤上，拿个纸巾就可以擦掉；天真性表现在，可以根据详细情况，选取合适的胶，进而调整超疏水涂层的强度。沿着这个思路，信赖在不久的未来，会有更多更酷炫的超疏水材料出现。

本文作者是英国伦敦大学学院化学系博士生陆遥，他们实验室的研究成果发表在最新一期的《科学》杂志上，论文的第一作者陆遥应邀撰写此文。果壳网科学人迎接更多科研工作者为我们撰稿，热情的约请函在此。

（编辑：Calo）

参考文献：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.文章题图：Lu Yao

更多纳米防水资讯请关注纳米防水微信号: nanowp