向自然學(xué)習(xí)：其實(shí)自然界中的超疏水現(xiàn)象遠(yuǎn)沒有你想象的那么簡單

除了荷葉，自然界中還有很多植物和動物具有超疏水現(xiàn)象。水稻葉片上的水滴就比荷葉表面上的水滴有個性的多。不同于荷葉表面上的水滴可以向任意方向滾動，水稻的葉片上的水滴很容易沿著葉片生長的方向滾動，而在垂直的方向則較難滾動。這是因?yàn)樗�稻葉片具有線形定向排列的突起陣列以及一維的溝槽結(jié)構(gòu)(圖2 (a))。在水平于葉片生長的方向上，液滴的滾動角為3°——5°，在垂直方向，滾動角則為9°——15°。稻葉表面乳突結(jié)構(gòu)的線性定向排列為液滴提供了在兩個方向上浸潤的不同能量壁壘。類似的還有蝴蝶的翅膀，當(dāng)蝴蝶翅膀扇動時(shí)，水滴會沿著軸心放射方向滾動從而使得液滴不會沾濕蝴蝶的身體。原來蝴蝶翅膀被大量的沿著軸心放射方向定向排列的微納米鱗片覆蓋(圖2 (b))。這種高度方向性的微納米結(jié)構(gòu)有效地影響了水滴的潤濕表現(xiàn)，使得水滴可以容易地沿著放射方向滾走，同時(shí)會在相反方向嵌住。兩種不同的狀態(tài)可以通過控制翅膀扇動的姿勢或空氣通過翅膀表面的方向來調(diào)整。這種各向異性的黏附，使得蝴蝶翅膀可以在濕度環(huán)境下定向清潔，從而保證蝴蝶飛行時(shí)的穩(wěn)定性并且避免灰塵的堆積。

與荷葉表面可以輕松滾動的小水滴不同，玫瑰花瓣上的小水珠卻往往牢牢地粘附在其表面。通過對玫瑰花瓣的微觀探索，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)玫瑰花瓣表面由微米尺度的乳突組成，而在乳突的尖端則是許多納米尺度的折疊結(jié)構(gòu)，而這種納米折疊結(jié)構(gòu)正是導(dǎo)致玫瑰花瓣高黏附特性的關(guān)鍵因素(圖2 (c))。氣體可以存在于納米折疊結(jié)構(gòu)之中，而水則可以輕松刺入微米乳突之間。與玫瑰花瓣有異曲同工之妙的還有壁虎的腳掌。壁虎的腳掌具有超疏水、自清潔的功能，但更令科學(xué)家興奮的是壁虎的腳掌具有超高的黏附能力使其可以在光滑的表面上自由的移動。這得益于壁虎腳掌的表面為良好排列的微米剛毛，這些剛毛的末端則為上百個更小的納米尺度末端組成(圖2 (d))。由壁虎剛毛納米末端和固體表面接觸所產(chǎn)生的范德瓦耳斯力則是壁虎能夠在各種角度墻面爬行的支持。

蚊子復(fù)合眼睛排列有緊密的六邊形小眼，而在每個小眼上都排列有緊密的六邊形突(圖2 (e))。這種獨(dú)特的復(fù)合結(jié)構(gòu)使得蚊子的復(fù)眼擁有了極強(qiáng)的疏水性。當(dāng)蚊子暴露于霧氣環(huán)境中時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)在蚊子眼睛表面并不能形成極小的液滴，而在蚊子眼睛周圍的絨毛上霧氣凝結(jié)了大量液滴。這種極強(qiáng)的疏水性可以阻止霧滴在蚊子眼睛的表面附著和凝聚，從而給蚊子帶來清晰的視野。這個發(fā)現(xiàn)為開發(fā)干性防霧表面材料提供了極具啟發(fā)性的研究思路。