超疏水材料创造的神话：水往高处流

正文

“水往低处流”——这是一句我们再熟悉不过的谚语了。背后的科学原理是重力势能转化为动能。但是对于水来讲，能量不只是有重力势能与动能。近日，来自北京航空航天的刘克松与江雷院士团队，利用水珠在超疏水材料界面处表面能与重力势能的转化，创造了“水往高处流”的神话。

看似违反常识的实验效果

先通过一个视频了解一下：

（超疏水材料 水滴逆重力）

先介绍一下这个效果拔群的装置：

简单地描述就是: 一个塑料管中预先用具有超疏水性质的筛网封存一定量的水，外界持续输入的水珠如果碰到筛网界面，就如同被施了魔法一样，“咻”的一下被吸了进去。维持这个过程，塑料管中的水柱就越来越高，看起来实现了“水往高处流”。研究者将其形象地称为“超疏水泵”。

科学原理

这其中最重要的组件就是筛网。

筛网的材质本身是铜，通过正十二硫醇处理以后表面获得了超疏水的性质。水滴落在超疏水的表面上的会有很大的接触角，即表现为仍呈现出圆滚滚的状态。比如下图是水珠在正常表面与某种超疏水表面的对比。

回到我们今天介绍的这个装置。水珠碰到这个筛网之后，依旧可以大体维持原有的圆滚状态，使水珠具有较大的表面能。水珠与筛网之上的水融合会使得表面能迅速释放，足够克服其重力势能，实现“水往高处流”。

应用前景

当然，这项技术目前还有一定的局限性。比如，只能实现体积较小的水珠的逆重力提升，对于水面或者水膜则无作用。另外，水柱的高度达到某一极值后便不能再增加。即便这样，这项技术对于驱动器设计、微流体体系、水的富集与转移都有重要的借鉴意义。

参考文献：

Cao, M.; Li, K.; Dong, Z.; Yu, C.; Yang, S.; Song, C.; Liu, K.; Jiang, L., Superhydrophobic “Pump”: Continuous and Spontaneous Antigravity Water Delivery. Advanced Functional Materials 2015,25 (26), 4114-4119.