【創科新視野】科學研究惠及生活 不同場景對症下藥

陳曦 嶺南大學伍絜宜跨學科學院跨學科講座教授

夏日漫步池塘邊，我們或許曾留意過這種景象：水滴落在荷葉上，會縮成圓滾滾的水珠，隨風滾動。即使葉面沾有泥塵，也會隨着水珠滾落而一併被帶走。這正正是古人所指「出淤泥而不染」背後的物理現象。

在大自然中，擁有這種特性的生物遠不止荷葉。例如在水面上自如行走、跳躍的水黽，其纖細的腳掌始終不會被水浸濕。千百年來，人們對這些自然現象早已習以為常，直到掃描電子顯微鏡問世，科學家才真正解開隱藏在生物體表的微觀密碼。

從自然中獲得疏水材料靈感

放大觀察荷葉表面，會發現其布滿密密麻麻的微小乳突，每個乳突皆覆蓋着一層天然蠟質。這種蠟質本身不易被水浸潤；加上凹凸起伏的微觀結構，進一步大幅縮小了水滴與葉面的實際接觸面積。兩者相輔相成，賦予了荷葉「超疏水」（Superhydrophobic）及低黏附的特性，學界稱之為「荷葉效應」或自清潔效應。

至於水黽的「水上飄」絕技，同樣源於其腿部精妙的微納米分層構造。它的腿部分布着大量微米條狀結構，上面布滿細密的納米溝槽，能在腿部與水面之間鎖住空氣，形成一層薄薄的氣膜。正是這層氣膜配合表面的強疏水性，將水黽輕輕托起。

掌握了這些大自然的微觀機理後，科學家便着手研發「超疏水仿生材料」。其中有兩大核心邏輯：一是在表面構建微納米結構；二是加入抗水的低表面能物質（如含氟化合物、有機矽聚合物等）。在製備技術上，目前最廣泛應用的是噴塗法，將超疏水塗層噴塗在金屬、玻璃或布料上，普通物件便能瞬間具備超疏水性能。近年，我們團隊亦積極投入相關研究，成功將納米二氧化矽和氧化石墨烯複合物，塗敷在普通的聚氨酯海綿上，製備出「超疏水海綿體」，大幅提升其對各類有機溶劑的吸附容量。同時，學界亦正嘗試利用殼聚糖、木質素等天然聚合物，期望在提升疏水效果之餘，兼顧綠色環保的需求。

為生活難題提供解決方案

時至今日，這種源自荷葉的仿生科技已廣泛應用於日常生活中。例如戶外防水風衣和運動鞋經塗層處理後，泥水潑上會直接化作水珠滾落；汽車鍍膜亦利用超疏水原理，讓車身淋一場雨便能回復潔淨。在大型基建方面，高樓大廈的玻璃幕牆塗上超疏水塗層，單靠天然雨水即可沖洗大部分浮塵，大幅降低高空清洗的成本與風險；就連香港屯門公路部分隔音屏障的頂部玻璃，亦採用了相關技術以減少清洗次數。除了自動清潔，超疏水塗層在防腐蝕、防霧或抗結冰等領域的應用潛力同樣巨大。

自然界充滿奧秘，既然有排斥水的「超疏水」設計，自然也演化出「超親水」策略——部分生物體表的結構會讓水滴迅速擴散浸潤。這一疏一親的微觀設計，正好啟發科學家針對不同場景對症下藥，讓大自然的智慧繼續應用於造福人類。