穿了這層“鎧甲” 未來手機可用水洗

　　電子科大基礎與前沿研究院的最新科研成果《設計堅固的超疏水表面》，登上2020年第六期《自然》雜志封面。

　　●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，涂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”，超疏水涂層耐磨程度提高了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”保護下的超疏水涂層

　　●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月全球最受矚目的科研成果之一，來自四川。

　　6月初，世界頂級科學雜志《自然》以封面文章形式，發表了電子科技大學基礎與前沿研究院教授鄧旭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志封面，這在四川乃至全國都不多見。

　　它究竟研究什麼？用學術語言來說，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“墨水都潑不臟的襯衣”“拿水龍頭沖洗的手機”等產品的誕生提供了技術支持。

　　是不是很神奇？記者就此採訪了上述文章第一作者王德輝、通訊作者鄧旭，請他們用最通俗的語言，解讀這項最前沿的科技。

　　“墨水都潑不臟的襯衣”為啥沒走進我們的生活？

　　全世界科學家研究幾十年，都沒解決超疏水涂層“不耐用”的問題

　　要理解這項科研成果，首先得掌握一個概念——超疏水。

　　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“雨水越沖越臟”。這是因為，雨滴並不像在荷葉上那樣很容易就滾落，而是大多停留在材料表面上慢慢蒸發，“各種臟東西也就沒被帶走、堆在原地了。”

　　早在上世紀，全世界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涂層的襯衣上，襯衣依舊雪白如新﹔拿顏料噴涂有超疏水涂層的牆壁，眼看顏料沾不住，滴溜溜往牆根兒落﹔有超疏水涂層的手機臟了，直接在水龍頭下面沖洗就能變干淨……

　　既然技術能實現，為啥日常生活裡還是看不到“墨水都潑不臟的襯衣”“拿水沖洗的手機”“不會臟的牆壁”？一個關鍵瓶頸，是超疏水涂層的機械穩定性不足。“換句話說，就是不耐用，一點兒磕碰就可能把涂層磨損，這樣也就沒超疏水能力。”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”？

　　琢磨出一種全新思路：做一身“鎧甲”，把具有超疏水性的“小觸手”保護起來

　　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“超疏水涂層為啥不耐用”說起。

　　如果你拿顯微鏡觀察超疏水涂層，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，“你可以把它們想象成像珊瑚那樣的‘小觸手’，隻不過小了無數倍。”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。

　　問題也就出在“小觸手”身上——它們實在是太“脆弱”了。這並不難理解，“大家都知道太細的鉛筆尖容易斷，‘小觸手’也是這個道理。”王德輝說。

　　既然不耐用是因為“小觸手”容易斷，那怎麼避免折斷？全球科學家想了很多辦法，主要都從“小觸手”自身想招兒，但不管怎麼干，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”，把它們給保護起來？

　　在特別制作的示意圖上，記者看到了“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，從而盡可能保留超疏水性能。

　　根據實驗數據，有了“鎧甲”，超疏水涂層耐磨程度提高了100倍左右。傳統涂層剮蹭幾下，甚至在強大水流沖刷下，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”保護下的超疏水涂層。

　　生活中的超疏水產品離我們究竟還有多遠？

　　目前正和投資人接觸，已在探索能“自清潔”的太陽能發電板、防結冰的飛行器等

　　事實上早在今年4月，《自然》雜志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“墨水都潑不臟的襯衣”“拿水沖洗的手機”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臟一樣，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，發電效率一個月就可以降低15%以上。更麻煩的是鳥糞等有腐蝕性的污染物，會導致短路等問題。而超疏水涂層的“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”，和飛機制造公司商討用於飛行器的防結冰等。

　　“現在要做的是盡快開展中試（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，實驗室隻在小面積上做出了“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。鄧旭表示，目前正和投資人接觸。（四川日報記者 熊筱偉）