在传统认知中,“裂纹”往往与“缺陷”、“损坏”和“脆弱”划上等号。它是瓷器上令人惋惜的瑕疵,是混凝土结构中潜在的危险信号,是材料失效的先兆。人们总是试图避免它、修复它、消除它。
然而,如果换个视角,会发现在大自然鬼斧神工的设计和人类智慧的巧妙运用中,裂纹并非总是失败的象征,反而是一种精妙的功能性结构。你看那凶猛的鳄鱼,其皮肤之所以能在坚硬的铠甲与灵活的躯体间达到完美平衡,正是得益于表面广泛分布的裂纹网络,它们像一道道“缓冲带”,有效分散应力,让坚韧与柔韧并存。再看我们日常行走的水泥路面,工程师们会主动预切出规整的“裂纹”——伸缩缝,这并非是多此一举,而是为了引导和释放热胀冷缩产生的巨大内应力,从而避免更严重、更不可控的破碎。更进一步,狭窄的裂纹缝隙还能产生强大的毛细作用力,成为卓越的输水通道。树叶中遍布的网状叶脉,正是通过这些微细通道,将水分与养分高效地输送至每一寸叶肉,滋养着生命的绽放。
这些无处不在的自然启示与工程智慧,极大地启发了我们的研究工作。我们提出了一个新的构想:能否反其道而行之,主动在功能涂层中设计并构建裂纹结构,从而同时解决太阳能水处理领域的多个瓶颈难题?在这一思路的指引下,研究团队成功将仿生裂纹结构引入金属-多酚涂层中,开发出了系列具有裂纹结构的功能涂层用于打造高效太阳能水处理系统。相关研究成果于2025年相继发表在《Advanced Materials》(2篇)和《Science Bulletin》。