利刀劈水不是梦

作者：朱会鑫

　　利刀劈水，曾经是人们遥不可及的梦想。然而，这个看似不可能的事情，如今竟实现了。就在不久前，美国亚利桑那州立大学的研究人员研制出了一把能劈水的利刀，可以轻而易举地将水滴一分为二。

　　这把神奇利刀的制作方法与传统刀具不同。研究人员先用0.5厘米的锌铜薄片把利刀铸造成型;然后，用丙酮、乙醇、去离子水对利刀的表面进行反复冲洗，再用氮气烘干;接着，将它在硝酸银水溶液中浸泡20秒;最后，对其进行一种高科技特殊处理。从表面上看，这把神奇的利刀并没有什么特别之处，甚至不怎么锋利，但当把它缓慢切入小水柱或小水滴时，就能轻松地将水体分开。更令人称奇的是，用这种利刀不但能让劈开的小水柱或水滴不再重新聚拢，而且刀的本身还不会沾上一滴水。

　　那么，这种利刀为什么能把水真正劈开呢？

　　这个高科技的形成，首先归功于荷叶。由于仿生学的兴起，人们早已发现，荷叶的表面存在“自清洁”现象。为了进一步探究荷叶的“自清洁”原理，20世纪90年代，德国科学家威廉·巴斯洛特等人用扫描电子显微镜观察了荷叶表面的微观结构，研究的结论是：“自清洁”现象是由荷叶表面的微米级乳突及表面蜡状物共同发挥作用形成的。后来，我国仿生研究科学家江雷等人对荷叶表面的微米级乳突结构又进行了深入分析，发现乳突上还存在纳米结构，这两种同时存在的混合结构，才是形成荷叶表面“自清洁”现象的根本原因。

　　原来，荷叶乳突的这种特殊结构，会把空气“锁定”在水与固体表面之间，使得荷叶上的水大部分与空气接触，而与固体直接接触面积很小。又由于水的表面张力作用，所以在这种粗糙的表面，水会变成接近于球形的水珠。因为水珠与荷叶的接触角非常大，所以可以自由地在表面上滚动，直至滑落。即使荷叶表面上有了一些脏的东西，也会被滚动的水珠带走。科学家把这种接触角大于150度的表面，定义为“超疏水表面”，而一般疏水表面的接触角仅在90度和100度之间。荷叶正是有了这种超级疏离水的本领，才具有了“自清洁”能力。

　　荷叶的这种超级疏离水的本领，为科学家制造超疏离水和劈开水的刀提供了灵感。为了制造具有超级疏离水本领的材料，科学家在构建粗糙结构方面大做文章，他们发明了多种特殊装饰材料，如碳纳米管阵列、碳纳米纤维、聚合物纳米纤维等，也发明了多种制造方法，如熔融物的固化、刻蚀法、化学沉积法、阳极氧化法、模板法等。但从目前看来，这些制作方法的实验条件都比较苛刻，成本也很高，还不能进行大规模工业化生产。这样一来，寻求一种简易可行和制造成本低廉的具有超级疏离水本领的材料，将是科学家们下一步要破解的难题。

　　具有超级疏离水本领的材料一旦能够投入大规模工业化生产，将会给工农业生产和日常生活带来巨大的影响。如在船舶、潜艇等航行体上和输油、输水等运输管道的制作方面，它能发挥提速和降低能源消耗的作用，而运用于建筑物外墙、广告牌表面、汽车外壳表面，将使其具有防冰雪、防污染、抗氧化的作用。

来源：知识窗