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爆炸吧知識

建校64年來，第一次登上期刊封面又一所985院校出息了！

倫敦時間6月4號，《Nature》刊發了電子科技大學鄧旭教授團隊的最新研究成果，并被選為當期封面。

《設計堅固的超疏水表面》

《Nature》作為世界公認的三大頂級科學期刊之一，斃稿率高達90%。

對于從事科研的人來說，《Nature》的地位不言而喻，超模君也就不多說了。

讓超模君感興趣的是，雖然電子科技大學建校64年了，但是已經很多年沒在頂級科學期刊上取得過特別大的進展，這還是它第一次以學校的名義登上《Nature》封面。

那到底是什么樣的研究成果，終于讓這所985工科院校獨占頂級科學期刊的C位呢？

不得了的成果

這項最新研究成果和超疏水材料有關。

跨學科也阻擋不住好奇心的模友們，超模君最懂你們，我們先來做個短暫的“超疏水”知識補充。

你有沒有想過，為什么水落到荷葉上會變成“球”自己圓潤的滾走？而荷葉似乎永遠都不會臟？

上個世紀七十年代，德國植物學分類的科學家——威廉·巴特洛特也產生了好奇心。

一通試驗后發現：那些看起來表面光滑的葉子需要被清洗，而看起來粗糙的葉子往往很干凈。

后來有人把荷葉放到電子顯微鏡下，這一看才知道，荷葉它不只摸起來糙，它還很雜。

μm即微米，長度單位，100μm=0.1mm，1nm=0.001μm

原來在荷葉的表面上有一些微米級的凸起，而這些微米級的凸起上面，又形成了一種納米級的凸起。

有點像縮小很多倍的珊瑚：

事實上，能讓水滴自動滾落的不只有植物，動物中也有。比如有復眼的蒼蠅：

復眼：是相對于單眼而言的，是昆蟲的主要視覺器官，通常在昆蟲的頭部占有突出的位置。它由多數小眼組成。每個小眼都有角膜、晶椎、色素細胞、視網膜細胞、視桿等結構，是一個獨立的感光單位。

當我們把蒼蠅的復眼放到電子顯微鏡下，神奇的事情發生了，蒼蠅的眼睛上竟然也有很多凸起。

荷葉和蒼蠅又不是親戚，難道真的是因為他們都有“凸起”，所以水滴才會自覺滾開？

通過試驗后發現，水珠之所以可以自己滾開，不僅是因為凸起之間的縫隙小，還因為這些縫隙被空氣給填的嚴嚴實實，形成了一個類似氣墊的東西，把水滴給隔開了。

而荷葉的表面和蒼蠅的眼睛之所以能夠一直干凈，是因為這些被隔開的水珠在滾動的同時，它們會把表面的塵土和細菌一塊帶走。

于是，科學家就給這個“凸起”結構起了個學名叫做“超疏水”，把它帶走灰塵的作用叫做“自清潔”。

這個發現可不得了，要是能把這個“凸起”結構應用到其他東西上，豈不是所有的東西都可以一直很干凈？

太脆弱是個大問題

還真有人這樣做！在鄧旭團隊獲得最新成果以前，超疏水材料約等于“涂層”材料。

我們可以理解為在物體表面涂一層“油漆”，這層“油漆”就是上面提到的“凸起”。

如果在我們的衣服上涂上這種涂層，就算是污水迎面潑過來，衣服也幾乎不會臟。

但是“涂層”并不是萬能的，它很脆弱。用了一段時間后，磕磕碰碰、風吹日曬，很容易老化，說白了就是不耐用。

對超疏水材料領域來說，這個問題就像是一座喜馬拉雅山一樣難以翻越。

所以，誰要是能解決超疏水材料不耐用的問題，誰就是這個領域的老大。鄧旭團隊的最新研究成果可以榮登《Nature》封面，就是因為它在理論上解決了這個問題。

穿上一層鎧甲

荷葉上的水珠之所以容易滾落，是因為荷葉具有”凸起“結構，這讓它有了疏水性，而疏水性的強弱和接觸角有關系。

θ是固-液表面與氣-液表面之間的夾角，即接觸角，θ越大，疏水性越強。

很長時間以來，人們為了增強材料表面的疏水性，總是想著增大θ，也就是“凸起”要變得明顯起來。可它越“凸”，那“凸”出來的部分就越容易受損。

又要它“凸”，又要它盡量不受損，這可難為壞了科研人員。

鄧旭團隊想出來了個妙招，為這些“凸起”穿上一層“鎧甲”。

灰色顆粒表示脆弱的納米疏水材料

用“小方格”把“凸起”保護起來，這樣外界的摩擦就不能輕易地傷害它們。

可是在具體實現上，“鎧甲”不是真的小方格，而是“倒金字塔”。

每個倒金字塔凹槽的寬度為50um左右

這些“倒金字塔”內部現在都是空的，而且它們非常密集。在這層”鎧甲“上，空的面積是大于不空的（也就是襯底）。然后把空的地方填上具有疏水作用的納米材料（凸起），所以這層“鎧甲”仍舊是以“疏水”為主。

黃色的顆粒是納米材料，紅色的尖尖是保護框架的頂端。

只有當高出納米材料的紅色尖尖被磨損后，才能傷害到稍低的納米材料，疏水性才會降低。超模君用一句通俗的話解釋就是“天塌了有高個子頂著”。

沒錯！疏水性還是會降低，這個問題還是沒有在現實中徹底解決。可關鍵是之前從來沒有人想到過為“凸起”打造一個“鎧甲”，增加了耐磨性也是一種進步。

除了耐磨損和自清潔外，它還具有高透光的特性：

超模君已經開始期待它用到眼鏡上，這樣就能解決護目鏡起水霧的問題了。

當然，這項研究成果的作用肯定不只除去眼鏡水霧這么簡單。

如果它真的可以應用到現實生活當中，高空擦玻璃這么危險的事情就可以不用再做了。

萬一我們的電子產品臟了，還可以拿到水龍頭下沖洗干凈：

一年四季漂在海上的戰艦再也不用怕被海水腐蝕了，說不定我們身邊所有的東西都可以不怕風雨侵蝕：

但它真正的意義不在于上面這些表面的作用，而是它的出現將會給工業帶來的影響，又會給交叉學科帶來的科研進步。

寫在最后

這次電子科技大學一舉登上《Nature》封面，鄧旭教授帶領的「膠體與界面中心」課題組功不可沒。

鄧旭 （第一排左三）

鄧旭早年先在德國馬普高分子研究所博士畢業，后美國加州大學伯克利分校/美國勞倫斯伯克利國家實驗室博士后研究員。去年11月，鄧旭教授曾獲中國化學會頒發的「菁青化學新銳獎」。

可是超模君注意到，本次論文的第一作者不是鄧旭教授，而是王德輝博士。

本科就讀于四川農業大學應用化學專業，隨后在陜西師范大學攻讀材料科學的碩士學位。2016年來到了電子科技大學的鄧旭課題組攻讀博士。在鄧旭教授的指導下，王德輝已在Nature，Nature materials，Advanced Materials，Soft Mater等權威學術期刊發表SCI論文10余篇，申請國家發明專利10余項。

比起那些被人爭相稱贊的天才少年、科研大佬，一路在國內穩扎穩打的王德輝博士似乎少了許多傳奇色彩。

但他卻能代表絕大多數“沒日沒夜”貓在實驗室的科研人。

超模君身邊就有朋友學習材料學，也知道一些人由于種種現實問題選擇了轉行。“材料人”被勸退，自嘲“材料廢”，“沒錢途”，“灌水專業”……能在這條路上堅持下來是一件非常不容易的事。

初入這個行業，年輕人很容易感到彷徨和迷茫。耳邊的各種“勸說”也會混淆你的判斷，有些人或許彷徨了一段時間后，就放棄了......

但你也要明白，即使材料不適合你，轉行也未必適合你。重要的是，當你勇敢的做出了選擇之后，只要努力堅持走下去了，就是最棒的自己。

作者簡介：超模君，數學教育與生活自媒體博主，新晉理工科奶爸。出版過《芥子須彌 · 大科學家的小故事》；《數學之旅·閃耀人類的54個數學家》。后續數學文化創意多多，歡迎關注認識！

本文系網易新聞·網易號“各有態度”特色內容

參考資料https://www.nature.com/nature/volumes/582/issues/7810

部分資料來源于網絡

轉自：超級數學建模

《數學之旅 · 閃耀人類的54個數學家》

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的喜报！985大学首次登上Nature封面，这所学校可太不容易了！的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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