中国科学家成果登上《Nature》封面！荷叶出淤泥而不染的“续篇”来了中国科学家成果登上《Nature》封面！荷叶出淤泥而不染的“续篇”来了( 二 )

超疏水表面如何加固？拆分优化设计出“微结构铠甲”

那么，该如何给机械性能较弱的超疏水材料表面装上“铠甲”，实现同一材料表面的机械稳定性与超疏水性能双重叠加呢？

“一方面，要实现机械稳定性需在更大的结构尺度进行几何设计；另一方面，若想获得更好的超疏水性则要在纳米尺度进行结构优化。”王德辉说，按照常规思路，很难在同一尺度实现上述两种性能的兼容。

能不能试试拆分处理呢？论文通讯作者、电子科技大学基础与前沿研究院邓旭教授及其团队提出了新的实验设想：即通过“去耦合机制”将超疏水性和机械稳定性拆分至两种不同的结构尺度，再利用微结构给超疏水纳米材料提供坚固“铠甲”以防止磨损。

【中国科学家成果登上《Nature》封面！荷叶出淤泥而不染的“续篇”来了中国科学家成果登上《Nature》封面！荷叶出淤泥而不染的“续篇”来了】“微结构就是做到微米乃至更宏观级别，比较耐磨耐用，仅提供机械稳定性保护纳米材料免遭磨损；而被保护的纳米结构则主要承担超疏水性。”王德辉说，这样通过优化设计后制备的微结构“铠甲”就可以很好保护超疏水纳米材料免遭摩擦磨损，从而构筑出铠甲化超疏水表面。

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铠甲微结构尺寸越小，超疏水性对断裂性磨损越敏感。受访者供图

在实验过程中，该团队通过结合浸润性理论和机械力学原理分析得出微结构设计原则，同时利用光刻、冷/热压等微细加工技术将铠甲结构制备于硅片、陶瓷、金属、玻璃等普适性基材表面，与超疏水纳米材料复合构建出具有优良机械稳定性的铠甲化超疏水表面。

这种微细加工技术要精确到何种程度呢？“提供机械性能，微米级就够了。”王德辉说，一般情况下，在微米级结构上，尺度越大，对摩擦磨损越不敏感。

新技术已用于自清洁太阳能电池

采访人员了解到，目前研究人员已经将这种新型超疏水材料表面应用于太阳能电池盖板。

王德辉说，新材料通过表面依靠冷凝液滴清除尘埃颗粒的自清洁方式，将为少雨地区提供自清洁太阳能电池的解决方案。“此外，基于玻璃装甲化表面的自清洁技术还可巧妙地利用雨或雾滴消除粉尘等污染，长期维持太阳能电池高效的能量转换，并节省传统清洁过程中必需的淡水资源和劳动力成本。”他说。