发于近期《瞭望东方周刊》。刚好云大侠发了一篇关于超疏水表面的文章，这篇文章也是讲超疏水材料的，所以一并发出来吧。这是我的第一次采访，感谢潘钦敏博士、小庄和十三。

“这张铜网，不知道是谁以前留在这个实验室里面的，”潘钦敏把一张剪过几个缺口的、皱皱巴巴的细铜网递过来，有点不好意思地笑着，“这就是我的实验材料。”

在3月16号出版的《美国化学会应用材料与界面》月刊上，一张来自这个实验室的铜网占了个很不错的位置。在照片上，黑黝黝的铜网制成的小船，承载了超出理论值一倍半的重量，却依然浮在水上。每个星期，美国化学会都会从34种著名期刊中选择四篇有突破性进展的论文，写成简短的科学新闻向公众发布，在这期的新闻中，这艘来自中国的小船就占了一席。这种材料制造成本低、容易获得而且具备超级浮力，所以可能会用在工业、军事领域，也会有助于开发出微型水上机器人。

论文作者、哈尔滨工业大学化工学院的潘钦敏博士继续向我介绍道：“铜网船表面是超疏水的，具有‘疏而不漏’的特点。像那些在水面跑来跑去的水蜘蛛的腿一样。”

也像荷叶一样。荷叶从不沾水，这种特性一直让人们着迷并渴望知道究竟，后来终于发现是它的表面微观结构所致——荷叶在放大一万倍以上的电子显微镜下看起来依然是毛茸茸的，稻叶和水黾的腿也有此特性。研究者们将其称为微/纳米结构，因为如果要测量这些看起来像绒毛一样的小东西，所用的长度单位往往是百万分之一米甚至十亿分之一米——作为对比，头发的平均直径是万分之七米。

潘钦敏博士还拿头发做了另一个比喻：“我们洗头发的时候，把头扎到水里去，也不是一下子就湿透的。”他做了一个扎猛子的动作。

超疏水表面就布满了这样微小的“绒毛”。这些细微结构之间储存了空气，在接触到水的时候，就会表现出截然不同的性质。从通用电气公司纳米实验室录制的一段视频上可以看到，水滴掉落在超疏水的表面时，居然会像软橡胶球一样弹跳起来。

“超疏水表面和不粘锅用的疏水材料不一样。”潘钦敏说，“超疏水表面需要特殊的细微结构。”

“跨界”的研究者

潘钦敏在2002年获得中国科学院化学研究所博士学位，导师是鼎鼎大名的方世璧研究员；然后到加拿大蒙特利尔大学从事博士后研究，回国后研究的依然是博士时的领域：锂电池材料。 “对于锂电池，如果要继续提升它的性能，不可避免地需要涉及到微观结构问题。”所以，读博士期间，潘钦敏就开始从事关于电池负极材料的微观结构的研究，所发表的学术论文也集中在这一方面。2002年他申请了一项专利，使用这种专利技术处理的碳负极材料，能够让锂电池的容量和循环寿命提高10%以上。

2005年归国之际，他打算开拓超疏水表面这样一个新的研究领域。“看起来有点奇怪，这两个研究领域相差这么远。不过本质上有些相通——都是主要使用化学方法来进行处理，以形成微米、纳米级的结构嘛。而且这项研究所需要的资源并不那么多。”他说着，旁边的博士生王洪波略微点了点头。

在哈尔滨工业大学海外引进人才科研启动经费的支持下，研究工作很快就开展起来了。2006年9月以哈工大名义申请的一项关于在铜片上构造超疏水表面的专利，王洪波是主要执笔人。他是潘钦敏在超疏水表面领域研究团队的成员。一个周末，我去他们实验室，正看到他在电脑前忙活。

“还有王敏，他已经毕业了。”王敏是《应用材料与界面》上那篇论文的第二作者，论文收稿时还是在读硕士生。“现在我在超疏水表面的研究团队只有三个人。锂电池这边多一些，有五六个人。”潘钦敏笑着说，摸了摸后脑勺。“所以工作有些忙。”

说“有些忙“还是有点太轻松了，周末泡实验室已成为家常便饭。他的另一个主要研究领域是大功率锂电池，电动汽车上那种。这个领域非常诱人，但学术同行们之间的竞争也异常激烈。

但这个正在做着热门研究的实验室并不大，靠墙有两排实验台，其中一排摆着些时不时闪亮几个灯的测试仪器，另一排上则是很常见的化学试剂和容器，烧杯滴管一应俱全。如果不是一台精心保养的精密电子天平，看着更像中学化学实验室的标准配备。

“当时只有个研究方向和大概想法。虽然学校提供了启动经费，但也得精打细算。还好做这项研究不用花太多钱。”从容易找到的铜丝、铜网开始，的确没有太高成本。后来有了初步的成果，他又从河北一家金属网厂买来了不同孔径的铜网，用不同方式处理后折成小船，放在一个装了水的大烧杯里观察。小船的载重，则是用常见的纽扣电池来计量的。“我们是做电池的嘛，这里有不少这种电池，刚好拿来用。然后看到效果了，找个数码相机拍下来就行了。”他一副精明计算的神气，“这项成果其实出得比较早，2007年就出来了。但是为了验证、确认，又花了一年多时间。”

超出想象的小船

那篇论文中，列出了不同孔径铜网制作的同样大小的小船，分别能够承载的重量。理论上，8立方厘米容积意味着最多能够排开8立方厘米的水，因此最多只能承载8克的重量罢了。而使用这种新技术处理后，用孔径不到0.2毫米的铜网折叠的小船，容积区区8立方厘米，居然能够承载超过13克的重量——即使船的上边缘已经在水面以下，还依然继续漂浮而不进水。

这就是超疏水表面的突特之处。当液滴遇见粗糙的固体表面时，在显微镜下看来，实际上是一部分液滴与固体表面的突起部分接触，另一部分液滴则与固体表面结构的缝隙和孔洞中储存的空气接触。按照目前普遍认可的凯西-巴克斯特模型，在某种固体表面上，液体与空气接触面积越大，则这种表面的疏水性越强。换言之，疏水性表面相当于吸附了一层薄薄的空气膜，所以材料的浮力变大、在水中的阻力变小、耐脏，甚至界面电阻也会变得很大。

“我们说的自清洁就是这样。就像荷叶表面看起来是干干净净的一样——因为水不会浸湿这些表面，水中的杂质自然也不会留在表面上，灰尘也很容易被水带走。耐腐蚀也是这个原理。这些表面结构中储藏了空气，很难直接和溶液接触，当然也就比较耐腐蚀了。”

超疏水表面材料是纳米技术的一个研究热点，最早的研究可以追溯到上世纪50年代。这方面的研究成果已有不少，制备超疏水性表面的技术更是多种多样，从刻蚀、氧化、乳液聚合、气相沉积到培养纳米纤维生长等等工艺不一而足，材料的疏水效果也有强弱之分。然而潘钦敏的这项研究自有过人之处，其最大的优点就是成本低，而且疏水性能优秀。新技术的工艺十分简单，甚至每个人都可以自己在家做出这样的超浮力船来：把铜网用稀盐酸洗干净，放进稀硝酸银溶液里面浸泡几秒钟，洗净晾干后再放进月桂酸的酒精溶液中泡一会儿，最后用丙酮洗干净晾干就行。铜会把硝酸银中的银离子置换出来，在铜网表面生长出微/纳米结构的银“绒毛”，然后用月桂酸处理一下，这张网就可以轻松地浮在水面上，只是颜色会变成黑色罢了。

在放大一千倍的照片中，经过这种技术处理的铜网，表面看上去像是长满了苔藓的草地；五千倍照片中，像是松花蛋的表面，满是枝枝杈杈的花纹；而在两万倍的放大率下，变得更像是一枝松枝，只是松针的长度，大概只有两三百纳米罢了。置于其上，水珠便如珍珠一样滚来滚去，稍稍倾斜就会一路滚落。而按照它提供的浮力计算，如果用来制成一套游泳衣，甚至可能支持一匹马的重量。从技术数据上来看，它可能是目前在同类成本的超疏水材料中效果最好的。

“理论上是这样，不过我们暂时还没有办法来做大规模一点的实验。而且因为铜网很软，如果要做成大一点的东西，可能会有结构上的问题——这就不仅是化学的问题了。” 潘钦敏说。

不过这并影响这种技术在其他领域的应用。这种材料虽然超疏水，但是却亲油。现在潘钦敏已经用它做成了分离器，可以用来把水上的油滤出来。水上运输业可能会拍手欢迎这种材料，而那些放置在恶劣潮湿环境的仪器仪表通过包裹这种材料就可以有效抵抗腐蚀。如果和微电子技术相结合，用途将更多。“例如微型的水上机器人。有些地方可能环境恶劣，人并不适合去工作，用这样的材料来做水上行走工具，让机器人去可能更合适。还有像是水下舰艇，这种材料能够很有效地降低舰艇在水中的阻力——只要包上一层就行了。”

按照工艺来看，任何铜制品都可以采用相同处理方式获得疏水效果，为什么偏偏选择了网状结构呢？回答我最后一个问题的时候，潘钦敏丝毫没有犹豫：“如果是用铜片的话，直接折起来也能浮在水面上，那就不好玩了。就是要像铜网这样本来漏水的东西来做才好玩嘛。”他脸上浮现出找到了心爱玩具的孩子般的开心笑容。

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