鴨子羽毛不沾水是什么原理呢（羽毛具有特殊結(jié)構(gòu)）

鴨子的羽毛幾乎是不沾水的，因?yàn)樗鼈兊挠鹈�上有一層油；蓮花可�?ldquo;出污泥而不染”，荷葉可以完全排斥水滴，因?yàn)樗鼈兊耐獗砀采w著一種像蠟一樣的物質(zhì)，科學(xué)家稱(chēng)之為“拒水表面”。

荷葉的拒水表面上布滿(mǎn)“小包”。它們緊緊地挨在一起形成了一個(gè)針對(duì)于葉子表面的“保護(hù)層”。當(dāng)雨滴落下時(shí)，“小包”中的空氣不會(huì)排出。因?yàn)?ldquo;小包”之間的距離很小，空氣使得雨滴不可能通過(guò)縫隙進(jìn)入真正的葉子，所以雨水只能在“小包”上滾動(dòng)。落下的雨滴帶走了樹(shù)葉上的灰塵，沖走了各種細(xì)菌。大自然的“智慧”真的很吸引人。

一種表面，一個(gè)夢(mèng)想

科學(xué)家們正試圖用人造材料來(lái)模擬荷葉的表面。他們發(fā)明了一種“超級(jí)排斥表面”，并以一個(gè)組合的拉丁詞命名，這個(gè)詞由“一切”和“憎惡”組成，最初的意思是“憎惡一切”。在材料科學(xué)家看來(lái)，“憎惡一切”意味著拒絕所有液體，包括水和油，以及血液、咖啡和酒精等等。“排斥一切”的材料是人們的夢(mèng)想。

材料科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出幾種版本的超排斥表面。例如，他們?cè)噲D用非常細(xì)的不銹鋼絲制作密集的金屬絲網(wǎng)，這與家里使用的紗窗相似，但編織的密度要高得多。有1200多個(gè)小網(wǎng)格分布在一個(gè)成人拇指指甲大小的樣本上�？茖W(xué)家在金屬絲網(wǎng)上噴上一層薄薄的化學(xué)纖維涂層，在網(wǎng)中形成小氣囊。任何與這些安全氣囊接觸的液體都只能在氣囊上流動(dòng)，而不是真正的固體表面。這樣，它看起來(lái)就像一片荷葉的表面。

如果用這種面料附加在衣服上，不僅可以保持干凈，而且是一件很棒的防護(hù)服�；瘜W(xué)家和醫(yī)生可以用它來(lái)防止酸性液體、血液和其他危險(xiǎn)液體。

表面的多種行為

科學(xué)家認(rèn)為，如果材料的表面能夠被選擇性地排斥，那么這些材料就可以發(fā)揮更大的作用。例如，他們開(kāi)發(fā)了一種特殊的表面來(lái)處理石油污染，這使得清理湖泊、河流和海洋中的石油變得更加容易。為了建造這樣一個(gè)表面，科學(xué)家們還需要一個(gè)非常細(xì)的金屬絲網(wǎng)，然后在上面涂上一種化學(xué)物質(zhì)，這種化學(xué)物質(zhì)可以驅(qū)油，但可以吸收水分。如果你把油和水倒在這樣的表面上，水就會(huì)通過(guò)表面，油就會(huì)被堵住。在試驗(yàn)中，人們用這種表面制成的織物來(lái)去除水中的油污。結(jié)果，99%的油從水中被去除。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，讓表面呈現(xiàn)出一種“混合”行為，也能滿(mǎn)足更多人的需求。一個(gè)突出的例子是鏡子和其他玻璃物體的表面。這些表面很容易被霧化和模糊。這是因?yàn)楫?dāng)潮濕的空氣碰到冰冷的玻璃，如相機(jī)鏡頭、鏡子等時(shí)，空氣中的水分會(huì)被寒冷的表面迅速凝結(jié)。這些凝結(jié)的水滴散射光線(xiàn)，使玻璃不透明。

科學(xué)家們一直想設(shè)計(jì)一種能吸收玻璃上水滴的表面。他們發(fā)明了一種與“超級(jí)排斥表面”相反的材料——“超級(jí)吸收表面”。這種表面可以使水滴在玻璃上變平，變成“水面”。這樣，由于水在玻璃上的厚度是一樣的，所以光的散射就不會(huì)發(fā)生了。然而，即便如此，仍然存在一些問(wèn)題。如果溫度低于0℃，水層就會(huì)結(jié)冰，冰上會(huì)結(jié)霜。其實(shí)，這是一個(gè)棘手的問(wèn)題，所以“超級(jí)吸收表面”并不能從根本上解決問(wèn)題。

為了徹底解決玻璃起霧的問(wèn)題，麻省理工學(xué)院的材料科學(xué)家邁克爾·盧布納和他的同事們想出了一個(gè)更好的解決方案，那就是制作一個(gè)復(fù)合表面，吸收水蒸氣，但排斥水滴�？諝庵械乃�分可以通過(guò)組合表面的外層，但一旦通過(guò)外層，就會(huì)被內(nèi)層捕獲并附著在內(nèi)層，內(nèi)層只能暫時(shí)“固定”水分子。它的秘密是氣水分子不能聚集在內(nèi)層，所以不能混合和凍結(jié)。同時(shí)，雖然外層不排斥水蒸氣，但它可以排斥液態(tài)水，因此，如果雨滴落在這層涂層上，它們只能滾動(dòng)下來(lái)。

在測(cè)試中，魯布納和他的團(tuán)隊(duì)將小塊玻璃在零下20℃下冷凍一小時(shí)，然后將玻璃置于溫暖潮濕的環(huán)境中。因此，沒(méi)有組合表面的玻璃很快就會(huì)“起毛”，但有組合表面的玻璃將保持清潔和透明。

給巨輪穿上“空氣外套”

解決玻璃“起毛”問(wèn)題是許多人的夢(mèng)想。相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡經(jīng)常因?yàn)檫@種霧氣籠罩而煩人。

不過(guò)，在目前，這種表面也有一個(gè)缺點(diǎn)，即過(guò)于脆弱，容易損壞，因此暫時(shí)無(wú)法在汽車(chē)的擋風(fēng)玻璃上工作。也許下一代技術(shù)可以制造出更堅(jiān)固的復(fù)合表面，到那時(shí)，這種表面將更加有用。

“超級(jí)排斥表面”的出現(xiàn)使一些科學(xué)家有了越來(lái)越多的想法，于是有人想到了更大的帆船。在浩瀚的海洋中，大型船舶的航行是非常消耗能源的。他們必須克服水中巨大的阻力。當(dāng)一艘巨輪在水流中劃過(guò)時(shí)，水與船體之間的摩擦對(duì)船舶形成了強(qiáng)大的阻力。如果有辦法減少這種影響，飛船將以更快的速度行駛，消耗更少的能量�？朔�阻力的關(guān)鍵是減少摩擦力。其中一種方法是在船的吃水線(xiàn)下建立一個(gè)空氣層，這就像在一艘巨輪上安裝一個(gè)“空氣外套”。在這種情況下，船實(shí)際上是在空氣中航行，而不是在水中。

夏洛特·巴爾比耶在橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的團(tuán)隊(duì)決定設(shè)計(jì)一種能夠捕捉空氣的表面，然后在表面涂上一層防水的化學(xué)涂料。為了進(jìn)行測(cè)試，科學(xué)家們首先研究了一些鋁盤(pán)。他們?cè)趫A盤(pán)上刻了凹槽。這些凹槽代表著大船上的水通道。水流通過(guò)渠道可以有效地減小阻力。接下來(lái)，科學(xué)家們用酸腐蝕通道內(nèi)部和通道之間的一些較小的結(jié)構(gòu)。它們是毛孔，上面覆蓋著一層防水聚合物。事實(shí)上，這種表面類(lèi)似于其他科學(xué)家開(kāi)發(fā)的拒水表面。

為了測(cè)試表面的效果，科學(xué)家們把碟片放在水下，用一種類(lèi)似錄音機(jī)的裝置高速旋轉(zhuǎn)它。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，溝槽深度和氣孔大小對(duì)減阻效果有影響，且這種影響隨速度的變化而變化。巴爾比耶認(rèn)為，如果使用這種表面技術(shù)并進(jìn)行適當(dāng)處理，300米長(zhǎng)的油輪在航行中可以減少44%的牽引力。

可以預(yù)見(jiàn)，表面技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)非常廣泛�？茖W(xué)家們正試圖將表面技術(shù)擴(kuò)展到幾乎所有領(lǐng)域。例如，計(jì)劃在輸電線(xiàn)路表面涂上一層涂層，以清除輸電線(xiàn)路上的冰凍冰，這在暴風(fēng)雪天氣中會(huì)造成很大的麻煩。類(lèi)似的，類(lèi)似的涂料也能減少船體上的藻類(lèi)，使船舶航行更省力。至于日常生活中的其他方面，比如不沾污垢的衣服、不起霧的鏡子、眼鏡、燈光等等，不勝枚舉。正因?yàn)槿绱耍?ldquo;超排斥表面”對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)具有“超魔力”。