你經(jīng)常喝咖啡提神嗎？網(wǎng)友說得好，最提神的不是喝咖啡，而是咖啡突然灑在桌子上?？粗蝗境勺厣氖謾C(jī)、電腦或記事本，保證你睡意全無。

但這種提神成本太大，動(dòng)不動(dòng)就是幾千塊打水漂。有沒有可能讓咖啡灑在電腦上，電腦卻“片葉不沾身”？就像下面右側(cè)男子的襯衫，即便被潑墨也能很快彈開墨水？

動(dòng)圖右側(cè)男子的襯衫，因?yàn)槭浅杷牧献龅?，所以才?huì)如此“神奇”。而中國(guó)已有團(tuán)隊(duì)對(duì)該材料做出突破性研究。

6 月 3 日，電子科技大學(xué)鄧旭教授團(tuán)隊(duì)在《自然》發(fā)表題為《設(shè)計(jì)堅(jiān)固的超疏水表面》（Design of robust superhydrophobic surfaces）的封面文章。

長(zhǎng)期以來，該領(lǐng)域普遍認(rèn)為，材料表面的機(jī)械穩(wěn)定性和超疏水性是兩個(gè)無法兼得的特性。

鄧旭團(tuán)隊(duì)的研究則基于全新思路。他們首次通過去耦合機(jī)制將超疏水性和機(jī)械穩(wěn)定性拆分至兩種不同的結(jié)構(gòu)尺度，并分別進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，最終為超疏水表面創(chuàng)造出具有優(yōu)良機(jī)械穩(wěn)定性的微結(jié)構(gòu)“鎧甲”，機(jī)械穩(wěn)定性不足的“死穴”得以攻破。

本次《自然》封面論文的第一作者王德輝告訴 DeepTech，在披上陶瓷“鎧甲”的超疏水材料上用刀刮或用鋼絲球擦，其依然具有超疏水性。這意味著穩(wěn)定性和超疏水性可以共存。

魚和熊掌可以兼得

所謂超疏水，顧名思義就是超級(jí)疏離水的意思。夏日湖邊，荷葉上的露珠滾來滾去卻不會(huì)打濕荷葉，正是常見的超疏水現(xiàn)象。

但是，把荷葉表面那層白色薄膜清理掉，露珠就無法繼續(xù)滾來滾去。這是為什么？

用顯微鏡觀察可知，荷葉表面由很多乳突構(gòu)成，這些乳突讓水滴在荷葉表面上形成 160° 以上的接觸角和約 2° 的滾動(dòng)角。

顯微鏡還發(fā)現(xiàn)，乳突由納米結(jié)構(gòu)分支組成，而在荷葉的下層表面同樣發(fā)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)。

總結(jié)來說，只有在微納米結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出大于 150° 的接觸角和低于 10° 的滾動(dòng)角，水滴才能對(duì)荷葉“打而不濕”，這種特性就叫超疏水。

圖 | 超疏水的荷葉和表面結(jié)構(gòu)（來源：Google 學(xué)術(shù)《天然超疏水生物表面研究的新進(jìn)展 - ?高雪峰》）

同樣擁有超疏水特性的還有蟬。如下圖所示，水滴在蟬翼表面是圓球狀，右側(cè)圖片則是蟬翼表面的納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，蟬的超疏水性能讓它可以具備自清潔能力，從而保障其飛行。

圖 | 超疏水的蟬翼和表面結(jié)構(gòu)（來源：Google 學(xué)術(shù)《天然超疏水生物表面研究的新進(jìn)展 - ?高雪峰》）

一般來說，當(dāng)水滴和表面形成的接觸角大于 150°以及滾動(dòng)接觸角小于 10°，就能滿足超疏水的條件，這時(shí)的水滴就已難以在表面上停留。

此前，學(xué)術(shù)界在增強(qiáng)超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性時(shí)，主要用到兩種辦法：第一種是在納米材料下面，引入一層高分子粘結(jié)層，但表層的納米結(jié)構(gòu)，仍然穩(wěn)定性不足；

第二種辦法是把納米結(jié)構(gòu)做得非常厚，刮掉一層還有一層，但這并不能解決根本問題，關(guān)鍵是材料本身的穩(wěn)定性能要強(qiáng)。

為增加超疏水材料的穩(wěn)定性，王德輝和團(tuán)隊(duì)分兩步走，一方面用微結(jié)構(gòu)來提供機(jī)械穩(wěn)定性，另一方面用納米結(jié)構(gòu)來保證超疏水性，即把同一個(gè)材料的兩個(gè)特質(zhì)分開來做。

最終的結(jié)果如視頻所示，這是王德輝做的超疏水陶瓷片，用刀刮、用改刀刻、用鋼絲球摩擦后的陶瓷片，依然可以讓水珠直接滾走。陶瓷被反復(fù) “蹂躪” 后，依然具有超疏水性，說明該課題組的材料實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性和超疏水性的共存。

積極推進(jìn)應(yīng)用

王德輝告訴 DeepTech，他們的超疏水材料可以應(yīng)用到生活中的方方面面。試舉幾例：

其一，低黏附力，讓你喝酸奶不用再舔瓶蓋。

舔瓶蓋是喝酸奶的一種儀式感。但你是否想過，為什么酸奶總會(huì)沾在瓶蓋上？為什么酸奶底兒總是倒不出來、讓人感覺好浪費(fèi)？

這是因?yàn)楫?dāng)前的酸奶瓶材料過于普通。由于超疏水材料具備低黏附力，用它來做酸奶瓶，酸奶蓋再也不會(huì)沾上酸奶，酸奶瓶子也將實(shí)現(xiàn)不掛壁。試想，喝酸奶和喝水一樣順滑，是不是省時(shí)又省力？

據(jù)王德輝介紹，他們課題組正在利用可食用超疏水材料，來制作酸奶包裝。預(yù)計(jì)這種酸奶盒最快將于 2020 年推出。屆時(shí)，滾來滾去怎么都不沾的酸奶，將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

他還舉例稱，吃火鍋用的蠔油等也可以裝在超疏水材料做的袋子或瓶子里，笨重的蠔油就能 “pia” 地倒出來。

其二，自清潔力，讓太陽能發(fā)電更高效。

此次論文一經(jīng)發(fā)出，就有攝像頭廠商聯(lián)系到王德輝所在的課題組。因?yàn)榛覊m和下雨，室外的監(jiān)控?cái)z像頭鏡頭就會(huì)越來越臟，從而影響拍攝效果。如果攝像頭是超疏水材料做的，無論是灰塵還是雨滴，都不會(huì)耽誤攝像頭繼續(xù)拍攝高清畫面。

被同樣問題所困的，還有安裝在室外的太陽能電池，由于落灰或粘附其他臟東西，每月可導(dǎo)致的發(fā)電效率最高損失 50%。

王德輝稱，使用超疏水材料做的太陽能電池板則能長(zhǎng)期維持高效率的發(fā)電 ，并能節(jié)省人工擦拭的費(fèi)用，以及擦拭時(shí)使用的淡水資源。

具體研究中，課題組還與漢能集團(tuán)何博博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)合作，完成了自清潔太陽能電池相關(guān)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

其三，干燥性強(qiáng)，冬天車窗不再怕哈氣。

如果你經(jīng)常開車，肯定會(huì)在冬天發(fā)現(xiàn)，稍微對(duì)著車窗呼吸，窗子就會(huì)起霧。如果使用超疏水材料做車窗，本身就是小水珠的哈氣，就會(huì)迅速?gòu)能嚧皾L走，從而避免影響視線。

這種車窗，在雨天同樣非常適用。車窗的雨滴如果不能迅速處理，就會(huì)更加影響視野，而超疏水材料做的車窗就能讓雨滴快速滾走。

事實(shí)上，超疏水車窗貼膜在國(guó)內(nèi)電商網(wǎng)站已經(jīng)可以買到，但這種貼膜被雨刷器刮擦很多次之后就會(huì)把貼膜刮壞，然后超疏水性能就會(huì)消失。

穩(wěn)定性低導(dǎo)致這種車膜沒能大面積普及，同時(shí)這也是當(dāng)前超疏水材料面臨的主要痛點(diǎn)，而王德輝的創(chuàng)新正是為該痛點(diǎn)而生。

打破行業(yè)技術(shù)瓶頸

王德輝的導(dǎo)師鄧旭之前在國(guó)外工作一直研究材料學(xué)，2015 年回國(guó)后，王德輝成為他的第一屆學(xué)生。最初定的課題并不是超疏水材料，但由于首次課題失敗，團(tuán)隊(duì)不得不另謀課題。

2017 年夏季，超疏水材料課題立項(xiàng)。2020 年 6 月，課題研究論文發(fā)在《自然》上，這也是電子科技大學(xué)首篇以第一作者和第一單位身份登上《自然》雜志的論文。

從最初的試錯(cuò)到最終斬獲雜志封面，讀博期間的王德輝把大量時(shí)間都傾注在超疏水材料上。

然而，論文發(fā)布也并非一帆風(fēng)順。在進(jìn)入審稿階段時(shí)，王德輝并未把材料拓展到各種材料表面，也沒有把結(jié)構(gòu)拓展到三邊形和六邊形，同時(shí)也還沒做太陽能電池板的應(yīng)用。但是《自然》雜志的編輯對(duì)他的工作很感興趣，于是讓審稿人提出一些意見。然后，王德輝根據(jù)反饋意見補(bǔ)數(shù)據(jù)，這一補(bǔ)，就用了五個(gè)月。

課題研究過程中最大的難處在于，如何把超疏水材料做到玻璃等普適性材料上。但王德輝想的是，木板、金屬和陶瓷是不是也可以？

因?yàn)橹挥惺褂迷诟嗖牧仙?，才能更廣泛地應(yīng)用到社會(huì)中。最終，他們拓展到了金屬、陶瓷、玻璃、高分子等普適性材料上。

就技術(shù)本身，王德輝所在課題組已經(jīng)申請(qǐng)了專利。后續(xù)，課題組希望把超疏水材料做大面積的制備。

農(nóng)村娃的逆襲

談及個(gè)人發(fā)展，王德輝計(jì)劃留在電子科大，繼續(xù)跟著鄧旭教授工作。發(fā)這篇《自然》封面，對(duì)于 32 歲的王德輝來說，堪稱是農(nóng)村娃的逆襲。

他從小生長(zhǎng)在四川省宜賓市敘州區(qū)泥南鎮(zhèn)的村里，為了他上學(xué)，父母再窮也沒有出去務(wù)工。上小學(xué)時(shí)，王德輝一直都是前幾名，初中時(shí)還得過物理競(jìng)賽省級(jí)三等獎(jiǎng)。

本科時(shí)，他在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)讀書，還曾做過學(xué)?？茖W(xué)協(xié)會(huì)的分會(huì)會(huì)長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)帶著十幾個(gè)人，下鄉(xiāng)賣玉米種和水稻種，前前后后賣了三次，本科時(shí)期有一半的生活費(fèi)，都是靠做這些雜事。

大三時(shí)，王德輝申請(qǐng)到國(guó)創(chuàng)實(shí)驗(yàn)，隨后開始一門心思研究材料。讀研時(shí)，由于調(diào)劑，他來到陜西師范大學(xué)讀書，幾年后又兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)回到四川讀博士。

2017 年，剛開始做超疏水課題時(shí)，他跟朋友說可能要發(fā)一篇影響因子較高的論文，朋友當(dāng)時(shí)還覺得他在吹牛，如今吹過的牛成為現(xiàn)實(shí)。

對(duì)于這位得意門生，鄧旭表示課題本身比較有挑戰(zhàn)性，即便做了也有可能竹籃打水一場(chǎng)空，但王德輝很有信心，也愿意沉下心來做實(shí)驗(yàn)，所以才有今天的成就。

采訪當(dāng)晚，DeepTech 原本希望晚上 8 點(diǎn)開始，但王德輝得先回家?guī)?，遂把時(shí)間延后到 9 點(diǎn)。研究生期間就成家的他，已經(jīng)是三歲娃娃的父親。作為四川人，他也做得一手正宗川菜，經(jīng)常曬廚藝，還曾發(fā)朋友圈喊話“老婆，來吃啦”。

就是這么一個(gè)樸實(shí)人，拿下了《自然》封面，每年中國(guó)都會(huì)在《自然》發(fā)不少文章，但能拿下封面者寥寥無幾。

對(duì)于發(fā)封面后，網(wǎng)友質(zhì)疑“給了多少錢”，王德輝表示很委屈，也覺得有點(diǎn)荒唐。鄧旭則表示不必過多回應(yīng)，走好自己的路就行。