出品：科普中国
制作：魏昕宇
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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上一篇文章中 ， 我们提到科学家从荷叶中找到灵感 ， 制作出了超疏水表面防冰 。 但是 ， 实践证明 ， 超疏水表面在防冰除冰应用中具有很大局限性 ， 近些年来 ， 研究人员开始将注意力转移到另一种类型的表面结构 。 而这种结构的灵感来源是 ， 食虫植物猪笼草 。
从荷叶到猪笼草——从“滚”到“滑”的转变
1.猎物为什么无法逃离猪笼草的捕笼？
众所周知 ， 猪笼草的叶片特化为一个个捕笼 。 当昆虫或者其它小动物被捕笼顶部的蜜腺吸引而靠近捕笼时 ， 就会跌落至笼底 ， 沦为猪笼草的盘中餐 。
那么落入捕笼的昆虫为什么无法沿着捕笼内壁攀援而上逃离虎口呢？
有些猪笼草的捕笼内壁覆盖着一层光滑的蜡质 ， 使得落入捕笼的昆虫在内壁上站立不稳 ， 很难逃出生天 。 不过也有一些猪笼草捕笼的内壁并没有蜡质 ， 它们阻止猎物逃脱 ， 靠的是覆盖在内壁上的薄薄一层雨水 。 我们都有这样的体验：在洒了水的地板上行走 ， 一不留神就会滑倒 ， 这说明液体能够提供比固体更好的润滑作用 。 而其背后的机制 ， 在于液体可以通过流动保持分子层面上的光滑 ， 这是任何固体都望尘莫及的 。
但细心的读者马上会想到一个问题：猪笼草的捕笼经常处于倾斜甚至竖直的状态 ， 其内壁上即使有水 ， 也会很快流走 ， 然而猪笼草内壁即便在降雨结束后一个小时仍然能够保持光滑效果 ， 这又是什么原因呢？
答案仍然是我们前面提到的微观结构 。
如果一种固体的表面能够被某种液体浸润 ， 那么当固体表面从平滑变粗糙时 ， 表面积的显著增加为液体提供了更多与固体接触的机会 ， 使得更多的液体能够更加持久地停留在固体的表面 。 这其中的典型例子就是厨房中的海绵 ， 海绵之所以能够吸收和保持更多的水分 ， 正是因为内部充满大量微小的孔洞 。 同样 ， 猪笼草内壁的表面也布满许多微观结构 ， 这些看不见的“海绵”使得内壁表面能够较长时间地被水覆盖 ， 保持光滑的效果 。 这样的表面 ， 科学家们称之为“液体浸润多孔光滑表面” ， 简称为SLIPS 。
2.SLIPS表面——“升级版”超疏水表面
受到猪笼草的启发 ， 研究人员开始尝试人工建造SLIPS表面 ， 并且很快发现 ， 这种具有非凡本领的表面可以由超疏水表面经过简单的“升级”而来 。 布满微观结构的超疏水表面虽然滴水不沾 ， 却和一些含氟的液态有机物“志趣相投” ， 可以被后者浸润 。 因此 ， 如果把这些液体涂到超疏水表面 ， 它们就可以长久地呆在那里 ， 不会流走 。 如果我们把水滴到这样的表面上 ， 由于水既不能浸润超疏水表面 ， 也无法与这些含氟的液体互溶 ， 因此只能停留在表面上 ， 而表面由于含氟液体层的存在非常光滑 ， 因此只要我们稍稍倾斜 ， 水滴就会滑落而下 。 显然 ， 在低温天气下 ， 这样的表面应该有效阻止冰层的形成 ， 而实验也证实了这一点 。 例如在2012年的一项研究中 ， 在低温下 ， 随着时间的推移 ， 当传统的超疏水表面也坚持不住开始出现结冰时 ， SLIPS表面的大部分区域仍然保持初始状态 ， 彰显了这一类表面的威力 。
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