【向大自然学习】水黾

武侠小说中的绝世高手，能踩着树叶腾跃而起，或是用脚尖点着水面飞奔。有人说，在水面上行走的方法其实格外简单，只要一只脚接触水面的瞬间，并在它下沉之前迅速踏出另一只脚即可。理论虽简单，但实际上，以人类的能力根本无法做到如此快速的点水动作。

水面上行走的昆虫

令人惊讶的是，在池塘或小溪中常见的水黾，却能够在水面上行走。水黾的英文名为“water strider”，字面意思就是“行走于水面上的生物”。要是对没见过水黾的人说“有能在水面上行走的昆虫”，对方大概率不会轻易相信。

那么，水黾究竟是如何做到不掉入水中，还能在水面上自由活动的呢？它这里藏着两个秘密。第一个秘密便是水的“表面张力”。仔细观察水黾的脚尖，我们会发现它脚部接触的水面位置微微凹陷。

像水这样的液体，其分子之间存在相互吸引的力，即张力。正是这种力，能够让液体聚成水滴状，而在液体表面，表面张力会发挥作用，使液体尽量维持最小的表面积。当水黾踩在水面上时，水面不会破裂，只会被压得变形。这就好比用手指按压圆形气球，气球不会爆炸，只会改变形状一样。就像气球内部的空气和表面有着维持原本圆形的力，表面张力也让水黾能够浮在水面上。

此外，树叶上凝结的水珠能保持圆形水滴状，也是出于同样的原因。水珠内部的分子相互吸引，表面也会产生凝聚的力，从而聚成珠子的形状。

利用这种表面张力的原理，我们可以将用于旋转机械的滚珠（球轴承）制成完美的球形。事实上，还有一项理论和专利，讲的是在不受重力影响的太空中，将金属熔化后再凝固，就能制成极为完美的球形金属滚珠。

通常来说，木头或泡沫塑料的密度比水小，依靠浮力就能浮在水面，但即便像金属硬币这样较重的物体，利用表面张力也能浮起来，不过这个实验并非总能成功。

比如，试图让硬币立着浮起来就会失败，因为硬币的重量集中在边缘的一点，会冲破表面张力而下沉。另一个原因是硬币或水面受到了污染。如果沾染了肥皂、洗涤剂、乳化剂、化妆品等表面活性剂，水分子间的结合就会变弱，表面张力也会随之瓦解。表面活性剂具有亲水性，即具有容易与水混合的性质，这种性质会削弱水分子间的结合力，从而让洗涤剂、洗发水、肥皂等产生清洁效果。

相反，不易与水混合的性质被称为“疏水性”。水黾能浮在水面上的第二个秘密，正是这种疏水性。水黾的腿上长有细微的绒毛，绒毛之间会形成气泡，这些气泡与水的表面张力相互作用，产生排斥力。

这种结构在荷叶表面也能看到。用显微镜观察荷叶表面，会发现它看似光滑，实则布满细微的突起，突起之间留存着空气，使得水和灰尘都无法附着。

人们模仿这种自然结构已经研发出了涂层技术。露营用帐篷、防水衣物、汽车玻璃涂层剂等，都具备轻易弹开水滴的功能。即便下雨，汽车玻璃上也不会附着水滴，能保持视野清晰。此外，经过超疏水涂层处理后的物体，其表面能保持干燥，防水性能也会提升，进而延长涂料、屋顶、电线、绝缘材料等产品的使用寿命。

目前，半永久性超疏水涂层剂的研发仍在持续推进中。未来，有望在多个领域产生巨大的经济效应。比如，下雨时无需雨刮器也能行驶的汽车、不会沾灰且能自行清洁的太阳能电池板、无需绳索就能清洁的高层建筑玻璃幕墙等。

小昆虫的惊人能力

水黾只是一种体长仅1~2厘米的小昆虫，却能做到其他任何动物都做不到的惊人之事。它不仅能浮在水面上，还能在水面上奔跑。这种看似违背常理的惊人现象，让我们了解了液体表面张力的原理，更给研发借鉴水黾腿部结构的各类技术带来了灵感。虽是小小的昆虫，但其蕴含的秘密，正对整个产业产生着重大影响。

图解：

P104.

1.水黾[摘自：iStock]

P106.

▲树叶上凝结的水珠

▶️浮在杯中水面上的硬币

[摘自：维基百科]