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。