摘要：比如大家喜欢喝酸奶吗？但是当我们用吸管喝完酸奶以后，总会感觉没有喝干净，撕开盖子的时候发现上面还黏附很多酸奶。你会如何去做？会舔酸奶盖吗？我女儿不光会舔酸奶盖，她还会拿手指抹一抹、扭一扭再舔到嘴里。所以我就总去阻止她，因为这样的话，就把手上的细菌带到肚子里去了

“格致论道讲坛”

（ID：SELFtalks）

作者：格致论道

我们在生活中会遇到很多的问题，

但只要来到教室之外，你会发现大自然已经提供了很多方法。

董智超· 中国科学院理化技术研究所研究员

格致校园·第43期｜2024年4月25日 北京

大家好，我是董智超，来自中国科学院理化技术研究所。今天我想带着大家一起发现生活中的问题，再去大自然中去寻宝。

寻宝是什么？像是寻找一个阿拉丁神灯，像寻找一个锦囊妙计，我们去找到自然的策略来解决日常生活中遇到的问题。

比如大家喜欢喝酸奶吗？但是当我们用吸管喝完酸奶以后，总会感觉没有喝干净，撕开盖子的时候发现上面还黏附很多酸奶。你会如何去做？会舔酸奶盖吗？我女儿不光会舔酸奶盖，她还会拿手指抹一抹、扭一扭再舔到嘴里。所以我就总去阻止她，因为这样的话，就把手上的细菌带到肚子里去了。

那如何去解决这个恼人的问题呢？希望大家能够听完我的演讲之后，就能找到办法。

再比如说，我们举一个生活中更常见的例子。当我们慢慢地打开水龙头的时候，我们会发现水龙头底下会有水滴会一滴一滴地滴下来。为什么水总会聚集成水滴再滴下来呢？其实它是一个化学问题。

水分子的氧原子跟氢原子之间会产生比较弱的，我们称之为“氢键”的作用。这个氢键让无数的水分子联合在一起，有效地覆盖在表面拉扯着相连的水分子，使其维持成一个球形，就像我们吹泡泡一样。这也就是我们看到雨滴或者水滴总是保持球形的原因。

托马斯·杨与杨氏方程

1805年，托马斯·杨观察到一个现象，并为此提出了一个数学方程去解释它的奥秘。

这个方程是什么意思呢。举个例子，我们常常能在玻璃表面发现水膜的存在，尤其是下雨的时候。但是如果在塑料袋上面洒了一滴水滴，我们看到其实是半球形的形态。也就是说，在不同的表面上，水与固体之间相接触的位置会形成不同的角度。这个角度我们可以粗略地把它定义为接触角。当这个接触角小于90度的时候，我们就称之为“亲水”。

而这个角大于90度的时候，我们就称之为“疏水”。

“出淤泥而不染”的魔法

基于这个概念，我们就可以去解释生活中遇到的一些问题。比如说，大家有没有学过毛笔书法的？好多同学都学过，那你们用的是生宣还是熟宣？

有的同学用过生宣的话，就发现会洇纸，墨洇到纸背去。这就是一种浸润现象，我们也把它称之为亲水的表面。这是由于这个纸表面是有很多纤维素，其上分布有很多“-OH”的羟基，它能够跟水形成氢键，牢固地把水束缚在纸的表面。

而当我们使用熟宣的时候，由于它表面会覆盖一层蜡质层，就像我们点灯所用的蜡，有效地阻止了水的渗透。于是当墨汁滴在上面的时候，就会形成一个半球的形状。那这样的特性使我们写字的字迹变得更清晰，也不会洇墨。

左：铁锅 右：不粘锅

大家做过饭吗？那你在家里使用的是铁锅还是不粘锅？在炒鸡蛋的时候，如果我们使用的是铁锅，有一个小窍门就是一定要多放油，因为油放少了的话鸡蛋就会粘上去。如果使用不粘锅的话，由于在铁锅表面加上了化学家发明了一种叫做特富龙（Teflon）的涂层，降低了鸡蛋与锅之间的黏附。那么我可能不用油，或者使用少量的油，就能够把鸡蛋煎好，这就是化学的作用。

大家有学过《爱莲说》吗？“出淤泥而不染”就是一个非常典型的疏水的例子。

为什么荷叶会有这样“出淤泥而不染”的自清洁特性呢？我国科学家在2002年的时候发现了这一奥妙。它的叶片看似是光滑的，有一层蜡质层的存在。但是科学家们通过电子显微镜放大植物叶片表面后发现，在微观情况下，叶片上有很多密密麻麻的点状的微纳米复合结构。微米是代表尺度是在微米的尺度，而纳米指的是它会有一些纳米尺度的蜡质绒毛。这种微纳米的结构相结合，就能够有效地将水排斥成一个球形状态，从而实现不粘水以及“出淤泥而不染”的效果。

槐叶萍

除了挺水的荷叶以外，浮水植物比如说槐叶萍，也能够用其自身的结构使液滴在其上呈现球状的浸润状态。

骆宾王的诗句大家都读过：“鹅鹅鹅，曲项向天歌。白毛浮绿水，红掌拨清波。”白毛浮绿水又是如何做到的呢？

大家有没有观察过鹅，它经常会用嘴去啄自己的尾部。它的尾部有一个地方叫做尾脂腺，能分泌很多的油脂。于是它在啄毛的时候，就能够把这个油油脂修饰到羽毛的表面，从而实现非常好的防水性，也就是白毛“浮绿水”。

而与之相对应的就是“落汤鸡”。鸡的尾脂腺没有那么发达，所以当下大雨的时候，由于没有那么好的防水效果，它就被浇成落汤鸡了。

在北京，很多街道旁边都有银杏树。等到秋天的时候，树上就会结很多这种外面有些银白色，主体是黄色的一种果子。当我们慢慢地把这个果子插入到水中，就会发现它会包裹了一层气膜。

企鹅也是如此。当企鹅快速地插入到水中，我们可以看到它的尾部有一些白白的气泡，顶上有反光的位置。这也是层气膜，这能够有效地减阻，使企鹅的游泳速度可以达到25-30千米/时。

我们发现，自然界中的植物也好、动物也好，它们利用自身表面特殊的化学组成结构，都能有效地实现超疏水的特性。

也就是说，我们可以利用来自自然的锦囊妙计，用这种微纳米的复合的结构，再加上低表面化学物质的修饰，制作出各种具有超疏水或者不沾水功能的物质。

用自然之道破解生活问题

回到最开始的“酸奶盖”问题。如果我们对酸奶的盖子或者是瓶体修饰一层类似荷叶这样的结构，那么当你再撕开酸奶的时候，盖上就不会有酸奶的黏附。你喝酸奶的时候，就再也不用舔盖了。

其实这种材料，不仅对酸奶盖来说很有用，它其实在我们的日常生活中，都是非常有作用的，遍布于我们的衣、食、住、行。

比如我们把这种材料修饰到衣服上，无论是冬天我们穿的羽绒服，还是我们夏天穿的衬衫，都不用担心下雨的时候会溅湿你的衣服，也不用担心在喝水或者是喝饮料的时候被溅湿了。

即便拿一瓶可乐，拿一瓶番茄酱，洒在衣服上也不用洗，这些污渍自动地就滑落下来了。此时我就可以跟小伙伴一起，尽情地玩耍了。这个就是科学发现带来的好处。现在网络上就可以买到这种超疏水衣服，大家可以去试一试，效果还是不错的。

我们接下来再去说“食”。我们在洗桃子、蓝莓的时候，把它放到水里，再从水里拿出来，会发现它依然是干爽的。所以说去洗这种水果的时候，要加一点洗洁精才能把它洗干净。这种“不好洗”的状态也是天然的超疏水现象。

我们在使用茶壶倒水时，会发现在壶嘴处有勾水现象。南方人习惯将这种现象称之为“流口水”，确实像茶壶流口水一样。

但是如果我们在壶嘴处黏附上这样一个橡胶壶嘴以后，我们再倒水的时候，就不会有这种“流口水”现象的发生。

我们想把瓶子里的番茄酱倒出来是不是特别费劲？但如果修饰上这样的涂层以后，番茄酱也能快速地从瓶子中倒出来，这样的话也就不会浪费番茄酱了。与之相似的，做饭中所使用的蚝油、酱油、豆油，是不是都能用上这种涂层，来提高使用率，减少污染。甚至使用完以后这个瓶子还可以重复利用，更加环保。

关于“住”。在日常生活中，如果在地板、被罩、桌椅上都有这样的涂层以后，我们就再也不用担心水迸溅在上面了，也不用担心它被灰尘弄脏了。

有优秀的防水涂层修饰在我们的楼顶，也再也不会出现诗词中所说的“床头屋漏无干处，雨脚如麻未断绝”的现象了。

在雨季出行时，如果在我们的交通工具上、鞋底上、衣服上，甚至雨伞上都能修饰上这样的超疏水涂料，那么当我们走在湿泞的土地或者在雨中散步的时候，我们就可以静下心来去慢慢地欣赏雨中的风景，再也不用担心衣服、鞋或者身体被雨水打湿。

如果你有这把雨伞，在进入教学楼和教室需要把伞收起来的时候，也不用担心伞上的水滴会滴落到教室当中。

我们在日常生活中能看到很多的问题。但是当我们走出教室，来到大自然中，你会看到自然界中给你提供了很多解决这些问题的方法。

目之所及，皆为界面。希望大家从观察生活、认识自然开始，学好界面化学，让我们的国家、我们的生活在未来变得更美好。

谢谢大家！

“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。本文出品自“格致论道讲坛”)，转载请注明公众号出处，原创文章未经授权不得转载，违者将追究法律责任。

来源：我是科学家iScientist