防水材料最怕什么物质 雨水为啥打不湿蝴蝶翅膀

落花人独立，微雨“蝶”双飞。

下雨天大多数蝴蝶都躲在树叶下避雨，但长着一双炫丽翅膀的蓝闪蝶却会在雨中飞翔。

落到你头上的雨点微不足道，但同样一滴雨，落到蝴蝶身上却能造成巨大的伤害。常见的蓝闪蝶平均体重为2～3克，而雨滴的平均重量是70毫克。一滴雨水落到蓝闪蝶的翅膀上，相当于一个保龄球那么重的水球砸在你的身上。

蓝闪蝶为什么能抵抗住沉重的水球冲击，在雨滴中翩翩起舞呢？这个问题的答案藏在蝴蝶翅膀上面，那一颗颗像灰尘一样的鳞片里。

蓝闪蝶是蝴蝶界里的大个头，个头最大的蓝闪蝶铺开翅膀后，宽度达到20厘米，能覆盖住你的整个手掌。它的翅膀上有百万颗微小的鳞片，这些鳞片不仅给蝴蝶调配出一对，会变色会闪光的梦幻翅膀，还给蝴蝶编织出一件，世界上防水能力最强的高科技雨衣。

蓝闪蝶的学名叫Morpho，跟希腊神话中，象征爱与美的女神阿芙洛狄蒂同名。蓝闪蝶是世界上最美丽的蝴蝶，也是最会变色的蝴蝶，每次在阳光里扇动一下翅膀，就能变换一种颜色，不仅能变幻出深深浅浅的蓝色，还能变成绿色、紫色，闪烁着金属般的光泽。梦幻蝴蝶的翅膀闪亮耀眼，滑翔机上的飞行员，在低空飞行时，甚至能看见1公里以外的蓝色蝴蝶。

神奇的是，为蝴蝶调配出各种颜色的鳞片，本身却是透明无色的。扫落翅膀上的鳞片，碾压成更细小的微粒后，你会看见蓝色的鳞片变成一堆透明无色的粉末，碾碎后的粉末再也变幻不出多彩的颜色。原来翅膀上美丽的蓝色不是色素的色彩，而是结构的色彩，由鳞片上纳米级的结构形成，光线照射在鳞片上的角度不同，会折射出不同的颜色。一旦破坏了鳞片的结构，它也失去了折射色彩的能力。

更厉害的是，鳞片上微小的纳米结构，不仅有调配色彩的魔力，还有最高超的防水能力。

放大蝴蝶的翅膀，可以看见鳞片的细节。鳞片并不是随意粘贴在翅膀上，而是像树叶一样长在翅膀上。一排排的鳞片整整齐齐地叠加排列，跟屋顶的瓦片一样，按照前后顺序覆盖住整个翅膀。蝴蝶的鳞片比屋顶瓦片要精致得多，它根本不会吸水，雨水浇不湿鳞片。

接着放大细节，你会看见鳞片表面并不光滑，上面有一条条凸起的细线。粗糙表面像一个齿轮，凸起的细线是齿轮上的齿牙，纳米级的齿牙直径还不到头发丝的1‰。

一滴雨水落到鳞片上，比针头还细的齿牙，会像扎破气球一样扎破雨滴，把它分解成很多小水滴。虽然一滴雨水的重量类似砸在脑袋上的保龄球，但扎破分解后的小水滴，大大减轻了雨水对翅膀的冲击力。翅膀上的小水滴只能接触到鳞片齿牙上的齿尖部分，然后会顺着齿轮排列的方向滚落。鳞片的齿轮结构不仅最大程度地减少了翅膀跟雨水的接触面，还形成了引导坡度，让水滴只会顺着一个方向滚动，快速滚落翅膀的边缘。简单地说，雨点打在蓝闪蝶的身上，只会跟它擦肩而过，而不会淋湿蝴蝶。这套不会湿身的绝技，赋予了蓝闪蝶冒雨前进的勇气。

自然界里，我们最熟悉的防水材料是荷叶。雨水滴落在荷叶上，只会滚来滚去，滚成一个大水球，却始终不能淋湿荷叶。荷叶不会吸水的特性，跟蝴蝶不会湿身的天赋类似。荷叶叶面上也有一层纳米级别的小柱子，雨水只是落在柱子的顶端，大大减少了水滴跟叶面的接触面积。不过，同样是防水材料，蝴蝶比荷叶更强悍。

来看图片对比，左边是吸水材料，中间是类似荷叶的防水材料，右边是类似鳞片的防水材料。一滴水落在防水材料上会产生反弹，被材料分解成小水滴的反弹速度，比整个大水滴的反弹速度要快一倍，也就是说，分解成小水滴后，水接触到材料的时间更短。

水滴在材料表面上的停留时间越短，越不容易淋湿材料。揭开了蓝闪蝶翅膀比荷叶更加防水的秘密之后，麻省理工学院团队，研制出迄今为止，世界上最防水的材料。

团队在铝铜合金的表面，仿照蝴蝶鳞片上的齿轮样式，刻画出纳米级别的防水结构。雨水落到金属表面上的排水速度，比落到荷叶上要快40%。比荷叶更防水的金属材料，用来制造飞机真是太完美了。

海拔7000米以下的对流层，时常分布着零度以下的过冷水滴，过冷水滴撞击到飞机上，会迅速冻结成冰。厚实的冰层冻结在飞机机翼上，会改变机翼形状，减少飞行升力，增加飞行阻力，甚至会造成严重的飞行事故。航空界把飞机结冰列为，影响飞行的6大气象因素之一。

但是如果用防水新材料制造飞机，再也不用担心机翼结冰的隐患了。过冷水滴刚刚蹭到飞机外壳，还没来得及结冰，就会滚落下去。穿越云层的飞机，就像在雨中飞行的蝴蝶，漫步在万千雨丝之中，却滴水不沾，不会湿身也不怕结冰。

以前设计的防水材料，大多数都像给汽车打蜡一样，涂抹一层防水涂层，经不住磨损或是高温的考验。现在把防水结构直接刻画在材料表面，大大增强了材料的耐用性。防水结构的应用范围很广，比如刻画在风力发电机的涡轮叶片上，可以显著提高发电效率。另外，防水结构还能用在纺织面料上，做出超级防水的帐篷、冲锋衣，还有医护工作者的防护服。

还是那句老话，自然界一直走在我们的前面。哪怕是一只弱不禁风的蝴蝶，也有一双高科技的翅膀，引领我们制造出世界上最防水的材料。

好了，蓝闪蝶的秘密先聊到这儿。

关注法兰西is培根，为你讲解自然界的秘密，下期见。