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爆炸吧知识
建校64年来，第一次登上期刊封面又一所985院校出息了！
伦敦时间6月4号，《Nature》刊发了电子科技大学邓旭教授团队的最新研究成果，并被选为当期封面。
《设计坚固的超疏水表面》
《Nature》作为世界公认的三大顶级科学期刊之一，毙稿率高达90%。
对于从事科研的人来说，《Nature》的地位不言而喻，超模君也就不多说了。
让超模君感兴趣的是，虽然电子科技大学建校64年了，但是已经很多年没在顶级科学期刊上取得过特别大的进展，这还是它第一次以学校的名义登上《Nature》封面。
那到底是什么样的研究成果，终于让这所985工科院校独占顶级科学期刊的C位呢？
不得了的成果
这项最新研究成果和超疏水材料有关。
跨学科也阻挡不住好奇心的模友们，超模君最懂你们，我们先来做个短暂的“超疏水”知识补充。
你有没有想过，为什么水落到荷叶上会变成“球”自己圆润的滚走？而荷叶似乎永远都不会脏？
上个世纪七十年代，德国植物学分类的科学家——威廉·巴特洛特也产生了好奇心。
一通试验后发现：那些看起来表面光滑的叶子需要被清洗，而看起来粗糙的叶子往往很干净。
后来有人把荷叶放到电子显微镜下，这一看才知道，荷叶它不只摸起来糙，它还很杂。
μm即微米，长度单位，100μm=0.1mm，1nm=0.001μm
原来在荷叶的表面上有一些微米级的凸起，而这些微米级的凸起上面，又形成了一种纳米级的凸起。
有点像缩小很多倍的珊瑚：
事实上，能让水滴自动滚落的不只有植物，动物中也有。比如有复眼的苍蝇：
复眼：是相对于单眼而言的，是昆虫的主要视觉器官，通常在昆虫的头部占有突出的位置。它由多数小眼组成。每个小眼都有角膜、晶椎、色素细胞、视网膜细胞、视杆等结构，是一个独立的感光单位。
当我们把苍蝇的复眼放到电子显微镜下，神奇的事情发生了，苍蝇的眼睛上竟然也有很多凸起。
荷叶和苍蝇又不是亲戚，难道真的是因为他们都有“凸起”，所以水滴才会自觉滚开？
通过试验后发现，水珠之所以可以自己滚开，不仅是因为凸起之间的缝隙小，还因为这些缝隙被空气给填的严严实实，形成了一个类似气垫的东西，把水滴给隔开了。
而荷叶的表面和苍蝇的眼睛之所以能够一直干净，是因为这些被隔开的水珠在滚动的同时，它们会把表面的尘土和细菌一块带走。
于是，科学家就给这个“凸起”结构起了个学名叫做“超疏水”，把它带走灰尘的作用叫做“自清洁”。
这个发现可不得了，要是能把这个“凸起”结构应用到其他东西上，岂不是所有的东西都可以一直很干净？
太脆弱是个大问题
还真有人这样做！在邓旭团队获得最新成果以前，超疏水材料约等于“涂层”材料。
我们可以理解为在物体表面涂一层“油漆”，这层“油漆”就是上面提到的“凸起”。
如果在我们的衣服上涂上这种涂层，就算是污水迎面泼过来，衣服也几乎不会脏。
但是“涂层”并不是万能的，它很脆弱。用了一段时间后，磕磕碰碰、风吹日晒，很容易老化，说白了就是不耐用。
对超疏水材料领域来说，这个问题就像是一座喜马拉雅山一样难以翻越。
所以，谁要是能解决超疏水材料不耐用的问题，谁就是这个领域的老大。邓旭团队的最新研究成果可以荣登《Nature》封面，就是因为它在理论上解决了这个问题。
穿上一层铠甲
荷叶上的水珠之所以容易滚落，是因为荷叶具有”凸起“结构，这让它有了疏水性，而疏水性的强弱和接触角有关系。
θ是固-液表面与气-液表面之间的夹角，即接触角，θ越大，疏水性越强。
很长时间以来，人们为了增强材料表面的疏水性，总是想着增大θ，也就是“凸起”要变得明显起来。可它越“凸”，那“凸”出来的部分就越容易受损。
又要它“凸”，又要它尽量不受损，这可难为坏了科研人员。
邓旭团队想出来了个妙招，为这些“凸起”穿上一层“铠甲”。
灰色颗粒表示脆弱的纳米疏水材料
用“小方格”把“凸起”保护起来，这样外界的摩擦就不能轻易地伤害它们。
可是在具体实现上，“铠甲”不是真的小方格，而是“倒金字塔”。
每个倒金字塔凹槽的宽度为50um左右
这些“倒金字塔”内部现在都是空的，而且它们非常密集。在这层”铠甲“上，空的面积是大于不空的（也就是衬底）。然后把空的地方填上具有疏水作用的纳米材料（凸起），所以这层“铠甲”仍旧是以“疏水”为主。
黄色的颗粒是纳米材料，红色的尖尖是保护框架的顶端。
只有当高出纳米材料的红色尖尖被磨损后，才能伤害到稍低的纳米材料，疏水性才会降低。超模君用一句通俗的话解释就是“天塌了有高个子顶着”。
没错！疏水性还是会降低，这个问题还是没有在现实中彻底解决。可关键是之前从来没有人想到过为“凸起”打造一个“铠甲”，增加了耐磨性也是一种进步。
除了耐磨损和自清洁外，它还具有高透光的特性：
超模君已经开始期待它用到眼镜上，这样就能解决护目镜起水雾的问题了。
当然，这项研究成果的作用肯定不只除去眼镜水雾这么简单。
如果它真的可以应用到现实生活当中，高空擦玻璃这么危险的事情就可以不用再做了。
万一我们的电子产品脏了，还可以拿到水龙头下冲洗干净：
一年四季漂在海上的战舰再也不用怕被海水腐蚀了，说不定我们身边所有的东西都可以不怕风雨侵蚀：
但它真正的意义不在于上面这些表面的作用，而是它的出现将会给工业带来的影响，又会给交叉学科带来的科研进步。
写在最后
这次电子科技大学一举登上《Nature》封面，邓旭教授带领的「胶体与界面中心」课题组功不可没。
邓旭 （第一排左三）
邓旭早年先在德国马普高分子研究所博士毕业，后美国加州大学伯克利分校/美国劳伦斯伯克利国家实验室博士后研究员。去年11月，邓旭教授曾获中国化学会颁发的「菁青化学新锐奖」。
可是超模君注意到，本次论文的第一作者不是邓旭教授，而是王德辉博士。
本科就读于四川农业大学应用化学专业，随后在陕西师范大学攻读材料科学的硕士学位。2016年来到了电子科技大学的邓旭课题组攻读博士。在邓旭教授的指导下，王德辉已在Nature，Nature materials，Advanced Materials，Soft Mater等权威学术期刊发表SCI论文10余篇，申请国家发明专利10余项。
比起那些被人争相称赞的天才少年、科研大佬，一路在国内稳扎稳打的王德辉博士似乎少了许多传奇色彩。
但他却能代表绝大多数“没日没夜”猫在实验室的科研人。
超模君身边就有朋友学习材料学，也知道一些人由于种种现实问题选择了转行。“材料人”被劝退，自嘲“材料废”，“没钱途”，“灌水专业”……能在这条路上坚持下来是一件非常不容易的事。
初入这个行业，年轻人很容易感到彷徨和迷茫。耳边的各种“劝说”也会混淆你的判断，有些人或许彷徨了一段时间后，就放弃了......
但你也要明白，即使材料不适合你，转行也未必适合你。重要的是，当你勇敢的做出了选择之后，只要努力坚持走下去了，就是最棒的自己。
作者简介：超模君，数学教育与生活自媒体博主，新晋理工科奶爸。出版过《芥子须弥 · 大科学家的小故事》；《数学之旅·闪耀人类的54个数学家》。后续数学文化创意多多，欢迎关注认识！
本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容
参考资料https://www.nature.com/nature/volumes/582/issues/7810
部分资料来源于网络
转自：超级数学建模
《数学之旅 · 闪耀人类的54个数学家》
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