荷叶启发的新材料

    20世纪70年代，波恩大学的植物学家巴特洛特发现，在显微镜下，荷叶表面有一层茸毛和一些微小的蜡质颗粒，水在这些纳米级的微小颗粒上不会向荷叶表面其他方向蔓延，而是形成一个个球体（水珠），只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚离叶面，带走表面的灰尘，达到自我洁净的效果。而荷叶表面的蜡质层又可以使其保持干燥，这就是荷花“出淤泥而不染”的原因。

    荷叶这种超疏水和自洁的特性，被科学家们称之为“荷叶效应”。能不能利用荷叶效应，让玻璃自己保持干净？让衣服自己防水？中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室郭志光研究员团队通过研究荷叶效应，制备出多种超疏水性表面材料，让梦想变成现实。

    郭志光介绍，自2004年，他的团队开始研究荷叶，并试图仿制与荷叶表面微观结构相似的仿生功能复合材料。大约用了五年时间，团队摸清了荷叶表面的微观结构、制备出了十几种超疏水性工程材料，然而在实际应用中，问题出现了——由于材料表面结构精细，很容易破裂，而改变精细结构又无法实现超疏水性能。

    “能不能用一个折中的办法，将材料表面的纳米结构降低为微米？”郭志光带领团队再次走进大自然寻找答案：“自然界是最聪明的，应该会有这样的结构。”

    水稻叶、竹叶、三叶草、杜鹃花叶……研究团队采集了几十种植物的叶子，对其微观结构和表现性能进行分析后，终于将目光锁定在生长于南方的苎麻叶——它与荷叶一样具有超疏水性能，但苎麻叶微观结构的直径只有微米级，力学性能更高。“如果能制备这样的材料，就可以克服材料容易破损的缺点。”郭志光表示，依照苎麻叶的微观结构，研究小组成功制备出了多种超疏水性表面，例如超疏水硅片、超疏水铜网和核壳结构的超疏水纳米颗粒。

    这些材料可用于油水混合物的分离，将油从混合物中高效地分离出来。除了超疏水超亲油性表面，该团队还制备了超疏水高疏油的双疏表面，该制备方法同时适用于织物和金属泡沫镍表面。仿制这种超疏水性表面材料可以广泛应用于自清洁、防污、抗结冰、微流体、油水分离、水收集、药物释放等领域，特别是油水分离的潜在应用，为解决海洋原油泄漏和工业废水污染等环境问题提供有效的解决途径。