晶体的表面和界面结构
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• 自然界中具有自清洁功 能的荷叶、芸苔等植物 表面仅为表面能较低的 植物蜡所覆盖。
天然荷叶的表面微结构
自清洁功能的高分子仿生表面
高分子仿生表面的微纳双重结构
由球形胶束团聚体构筑的嵌段共聚物表面
Advance Materials(2004, Vol.16, No.4, p302-305
天然荷叶表面微结构(A和B)和一步法制备的高分子仿生表面MNBs形态(C和D)
01dG表
A
dA
0
σ G表 A
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，
Gibbs自由能的增加值为表面Gibbs自由能：
①表面自由焓 ②比表面自由焓 ③比表面能 Jm-2 ④表面张力 Nm-1
2. 表面自由焓与表面张力的关系
将一含有一个活动 边框的金属线框架放 在肥皂液中，然后取 出悬挂，活动边在下 面。由于金属框上的 肥皂膜的表面张力作 用，可滑动的边会被 向上拉，直至顶部。
子间的作用力。这个力虽然很小，但是，当壁虎脚上所有的细毛都与固体表面 充分接触时，它们所产生的总粘着力就会超过许多人工黏合剂能够产生的力量。 壁虎脚上650万根细毛全部附着在物体表面上时，可吸附住质量为133千克的物 体，这相当于两个成人的质量 。
壁虎胶带——这一来自幻想中的新技术，已经被专家们评为“2004年最具 市场冲击力的十大新技术”之一。 实验表明，2平方毫米的这种人工胶带，就可以支撑一个15厘米，重40克 的蜘蛛侠玩具的整个体重。注意，“蜘蛛侠”只有一只手粘在玻璃平面上。 科学家指出，只要两只手掌上都缚上这种人工胶带，就足以支撑一个成人 的全部体重。
水黾在水上行走的奥秘
《自然》（Nature 2004，432，36）
水黾能在水面上支撑15倍于身体的重量
•一种常见的生活在池塘、河流和溪水表面的昆虫水黾为何能够毫不费 力地站在水面上，并能快速地移动和跳跃？ •以前的学者认为的依靠的是分泌的油脂所产生的表面张力效应。
水黾腿的扫描电镜SEM照片，(b)无数细长微刚毛，20μm，(c)单根刚毛上的 精细螺旋状的纳米凹槽结构，200 nm
38
孪晶界
孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶 面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶 (twin)”，此公共晶面就称孪晶面
动画
（1）表面张力与温度的关系
Ramsay和Shields提出的σ与T的经验式较常用:
σVm2/3 =k（Tc-T）
式中Vm为摩尔体积，k为普适常数，对非极性液
体，k =2.2×10-7 J·K-1 。
3. 影响表面张力的因素
（2）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成
的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。
一、表面现象
• 出污泥而不染的荷叶 • 在水上行走自如的水黾 • 壁虎的爬行 • 粉层爆炸 • 溶液的过饱和 • 液体在固体表面的润湿
荷叶的表面
荷叶的表面
中国科学院化学研究所
• 荷叶的表面附着着无数 个微米级的蜡质乳突结 构。用电子显微镜观察 这些乳突时，可以看到 在每个微米级乳突的表 面又附着着许许多多与 其结构相似的纳米级颗 粒------荷叶的微米-纳米 双重结构。正是具有这 些微小的双重结构，使 荷叶表面与水珠儿或尘 埃的接触面积非常有限， 因此便产生了水珠在叶 面上滚动并能带走灰尘 的现象。
由于以线圈为边界的 两边表面张力大小相 等方向相反，所以线 圈成任意形状可在液 膜上移动。
如果刺破线圈中央的 液膜，线圈的形状发 生什么变化？
表面张力试验
（b）
如果刺破 线圈中央的液 膜，线圈内侧 张力消失，外 侧表面张力立 即将线圈绷成 一个圆形，显 示出表面张力 的存在。
3. 表面张力的影响因素
fdx = -δw’ = dG = σdA = σ 2ldx …….. (3)
F=2lσ
σ = F / 2l
……….. (4)
是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长 度为2l， σ 就是作用于单位边界上的表面张力。
表面张力试验
（a）
如果在金属线框中间 系一线圈，一起浸入 肥皂液中，然后取出， 上面形成一液膜。
例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割 成小立方体时，比表面增长情况列于下表：
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成109m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
在天然荷叶表面水珠(A)和高分子仿生表面水珠(B)及其油珠(C)的接触角
聚合物的微米－纳米双重结构
（Micro-nano-binary structure, NMBs）
• 用两种普通的高分子材料——含氟端基聚氨酯和聚甲基丙烯酸酯(有机玻璃) 溶解到二甲基甲酰胺中，利用聚合物在溶液蒸发过程中自动聚集和形成曲面 的作用，在室温和大气环境下构筑起一种类似荷叶表面微米-纳米双重结构的 聚合物膜。
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)> (非极性共价键)
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。
（3）压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增
加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。 另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表 面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。
（1）界面张力与温度的关系
温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时， 界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：
因为d G S d T V d P d A B dBn
运用全微分的性质，可得：
B
( A S)T,P,nB( T)A,P,nB
等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加 的。所以 随T的增加而下降。
• 在一个相对光滑的平面倒上一种聚合物溶液，使其表面形成一层均匀的高分 子膜，这个平面就具备了类似荷叶表面的自洁功能。当把水倒在这一表面上 时，水会自动凝聚成一颗颗浑圆的水珠儿，从该表面上滑落。专家说，这种 高分子表面性能比荷叶表面还要好，荷叶只能疏水不能疏油，将油滴在荷叶 上，油珠儿会慢慢地浸润开来，但这种仿荷叶的表面具有疏水、疏油和自洁 能力。
金属热加工时的相变，如旧相的消失和新相的生 成，表/界面积急剧增大。
4. 表面现象热力学
一个体系的总自由焓G总,可以认为G总是体积 自由焓Gv(内部自由焓）和表面自由焓Gs 的总和。
G总= Gv + Gs =Gv + σA 如果体系的温度、压力和组成不变，Gv为一
个常数，则体系的自由焓变化仅决定于表 面自由焓的变化：
（2）当A一定(分散度不变）时，
dG总= A dσ 若要dG总 ＜ 0，则必须 dσ ＜ 0 这说明表面张力减小的过程是自发过程，体系力图通过 降低其表面张力已达到降低自由焓，使之趋向稳定。
固体和液体表面的吸附作用；
（3）当σ和A均有变化时，体系通过表面张力和表面积的减 小使体系自由能降低。
润湿现象。
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法： 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：
A m A /m或 A V A /V
式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表 面积。
分散度与比表面
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高， 比表面也越大。
• 用聚丙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯两嵌段共聚物作为成膜物质，用直接成膜法得 到了具有三维微纳米结构的聚合物表面。利用两嵌段共聚物在选择性溶剂中 溶解性不同而得到多分子胶束溶液，单一胶束粒径在50至200纳米之间。在 溶剂挥发过程中，胶束彼此之间聚集以减小体系的表面能，形成尺寸在1～2 微米的球形胶束团聚体，每个团聚体的表面为众多纳米级的单个多分子胶束 所覆盖，构筑聚合物涂层表面具有与天然荷叶表面相似的微纳双重结构，这 一高分子仿生表面表现出类似天然荷叶的自清洁功能，水滴(5微升)的接触角 为度，滚动角为度。
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相 催化方面的研究热点。
二、表面自由焓
1. 表面功的形成
将分子或原子从体系内部移动到表面（即增大表面
积）克服体系内部的引力而做的功-----形成新表面过程 所消耗的功。
从内部移动到表面过程所消耗的功(-δw’)与表面积A 成正比:
4. 表面现象热力学
（1）一般在研究一个体系的自由焓G时,认为G只是温度、 压力和组分的函数，可以忽略表/界面对它的影响。 G = f（）
在体系是一个足够的连续相时，可以忽略。 （2）当表/界面足够大时，就需要考虑表/界面的热力学行为。
水在结冰的时候，形成极细小的冰颗粒，分散度 增大，比表面积非常大，表面自由焓对体系热力 学性质的影响占主要地位；
-δw’ = σdA
------------ (1)
σ-----比例常数
在等温可逆条件下 ΔG = -w’可 ------------ (2)
即在形成新表面过程中所消耗的功等于体系自由焓的
增加---------表面自由焓G表
dG表 = -δw’ = σdA
------------ (3)
dG表 = -δw’ = σdA ------------ (3)
热喷涂层表面自由能与结合力
第二章 晶体的界面结构
2.1 晶界与相界的概念
孪晶界与相界
1）孪晶界 两晶粒沿公共晶面形成镜面 对称关系
2）相界
相邻两相之间的界面
3）分类
孪晶界(相界)点阵完全重
合——共格
孪晶界(相界)点阵基本重 合——部分共格+位错——
半共格
孪晶界(相界)点阵完全不重
合——非共格
这一新的发现将有助于在不远的将来设计出新型微型水上交通工具。
壁虎爬行的奥秘
美、英、俄等国的研究小组才真正揭示了壁虎在墙上爬行的秘密。这个秘密就 是“分子间的作用力”。科学家在显微镜下发现，壁虎脚趾上约有650万根次纳 米级的细毛，每根细毛直径约为200至500纳米，约是人类毛发的直径的十分之 一。这些细毛的长度是人类毛发直径的2倍，毛发前端有100～1000个类似树状 的微细分枝，每分枝前端有细小的肉趾，能和接触的物体表面产生很微小的分
dG总= dGs = d(σA) = σdA + A dσ
4. 表面现象热力学
dG总= dGs = d(σA) = σdA + A dσ （1）当σ一定时， dG总= σdA
若要dG总 ＜ 0，则必须 dA ＜ 0 这说明缩小表面积的过程是自发过程
钢液中小气泡合并成大气泡； 结晶时固相中的小晶粒合并成大晶粒；
表面自由焓与表面张力的关系
百度文库
如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2 与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g） 与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不
再滑动。
（1）新增加的面积：dA = 2ldx ….. (1)
（2）表面功： -δw’ = fdx
…… (2)
（3）表面自由焓增加 dG
水黾是利用其腿部特殊的微纳米结构效应来实现的。 空气被有效地吸附在这些取向的微米刚毛和螺旋状纳米 沟槽的缝隙内，在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水 滴的浸润，宏观上表现出水黾腿的超疏水特性。
对 其 腿 的 力 学 测 量 表 明 ： 仅仅一条腿在水面的最大 支持力就达到了其身体总 重量的15倍。 正 是 这 种超 强 的 负载 能 力使得水黾在水面上行动 自如，即使在狂风暴雨和 急速流动的水流中也不会 沉没。
液/气界面
液体内部分子 所受的力可以彼此 抵销，但表面分子 受到体相分子的拉 力大，受到气相分 子的拉力小（因为 气相密度低），所 以表面分子受到被 拉入体相的作用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
比表面（specific surface area）
天然荷叶的表面微结构
自清洁功能的高分子仿生表面
高分子仿生表面的微纳双重结构
由球形胶束团聚体构筑的嵌段共聚物表面
Advance Materials(2004, Vol.16, No.4, p302-305
天然荷叶表面微结构(A和B)和一步法制备的高分子仿生表面MNBs形态(C和D)
01dG表
A
dA
0
σ G表 A
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，
Gibbs自由能的增加值为表面Gibbs自由能：
①表面自由焓 ②比表面自由焓 ③比表面能 Jm-2 ④表面张力 Nm-1
2. 表面自由焓与表面张力的关系
将一含有一个活动 边框的金属线框架放 在肥皂液中，然后取 出悬挂，活动边在下 面。由于金属框上的 肥皂膜的表面张力作 用，可滑动的边会被 向上拉，直至顶部。
子间的作用力。这个力虽然很小，但是，当壁虎脚上所有的细毛都与固体表面 充分接触时，它们所产生的总粘着力就会超过许多人工黏合剂能够产生的力量。 壁虎脚上650万根细毛全部附着在物体表面上时，可吸附住质量为133千克的物 体，这相当于两个成人的质量 。
壁虎胶带——这一来自幻想中的新技术，已经被专家们评为“2004年最具 市场冲击力的十大新技术”之一。 实验表明，2平方毫米的这种人工胶带，就可以支撑一个15厘米，重40克 的蜘蛛侠玩具的整个体重。注意，“蜘蛛侠”只有一只手粘在玻璃平面上。 科学家指出，只要两只手掌上都缚上这种人工胶带，就足以支撑一个成人 的全部体重。
水黾在水上行走的奥秘
《自然》（Nature 2004，432，36）
水黾能在水面上支撑15倍于身体的重量
•一种常见的生活在池塘、河流和溪水表面的昆虫水黾为何能够毫不费 力地站在水面上，并能快速地移动和跳跃？ •以前的学者认为的依靠的是分泌的油脂所产生的表面张力效应。
水黾腿的扫描电镜SEM照片，(b)无数细长微刚毛，20μm，(c)单根刚毛上的 精细螺旋状的纳米凹槽结构，200 nm
38
孪晶界
孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶 面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶 (twin)”，此公共晶面就称孪晶面
动画
（1）表面张力与温度的关系
Ramsay和Shields提出的σ与T的经验式较常用:
σVm2/3 =k（Tc-T）
式中Vm为摩尔体积，k为普适常数，对非极性液
体，k =2.2×10-7 J·K-1 。
3. 影响表面张力的因素
（2）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成
的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。
一、表面现象
• 出污泥而不染的荷叶 • 在水上行走自如的水黾 • 壁虎的爬行 • 粉层爆炸 • 溶液的过饱和 • 液体在固体表面的润湿
荷叶的表面
荷叶的表面
中国科学院化学研究所
• 荷叶的表面附着着无数 个微米级的蜡质乳突结 构。用电子显微镜观察 这些乳突时，可以看到 在每个微米级乳突的表 面又附着着许许多多与 其结构相似的纳米级颗 粒------荷叶的微米-纳米 双重结构。正是具有这 些微小的双重结构，使 荷叶表面与水珠儿或尘 埃的接触面积非常有限， 因此便产生了水珠在叶 面上滚动并能带走灰尘 的现象。
由于以线圈为边界的 两边表面张力大小相 等方向相反，所以线 圈成任意形状可在液 膜上移动。
如果刺破线圈中央的 液膜，线圈的形状发 生什么变化？
表面张力试验
（b）
如果刺破 线圈中央的液 膜，线圈内侧 张力消失，外 侧表面张力立 即将线圈绷成 一个圆形，显 示出表面张力 的存在。
3. 表面张力的影响因素
fdx = -δw’ = dG = σdA = σ 2ldx …….. (3)
F=2lσ
σ = F / 2l
……….. (4)
是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长 度为2l， σ 就是作用于单位边界上的表面张力。
表面张力试验
（a）
如果在金属线框中间 系一线圈，一起浸入 肥皂液中，然后取出， 上面形成一液膜。
例如，把边长为1cm的立方体1cm3逐渐分割 成小立方体时，比表面增长情况列于下表：
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成109m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。
边长l/m
1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av/（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
在天然荷叶表面水珠(A)和高分子仿生表面水珠(B)及其油珠(C)的接触角
聚合物的微米－纳米双重结构
（Micro-nano-binary structure, NMBs）
• 用两种普通的高分子材料——含氟端基聚氨酯和聚甲基丙烯酸酯(有机玻璃) 溶解到二甲基甲酰胺中，利用聚合物在溶液蒸发过程中自动聚集和形成曲面 的作用，在室温和大气环境下构筑起一种类似荷叶表面微米-纳米双重结构的 聚合物膜。
(金属键)> (离子键)> (极性共价键)> (非极性共价键)
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。
（3）压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增
加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。 另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表 面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降。
（1）界面张力与温度的关系
温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时， 界面张力趋向于零。这可用热力学公式说明：
因为d G S d T V d P d A B dBn
运用全微分的性质，可得：
B
( A S)T,P,nB( T)A,P,nB
等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加 的。所以 随T的增加而下降。
• 在一个相对光滑的平面倒上一种聚合物溶液，使其表面形成一层均匀的高分 子膜，这个平面就具备了类似荷叶表面的自洁功能。当把水倒在这一表面上 时，水会自动凝聚成一颗颗浑圆的水珠儿，从该表面上滑落。专家说，这种 高分子表面性能比荷叶表面还要好，荷叶只能疏水不能疏油，将油滴在荷叶 上，油珠儿会慢慢地浸润开来，但这种仿荷叶的表面具有疏水、疏油和自洁 能力。
金属热加工时的相变，如旧相的消失和新相的生 成，表/界面积急剧增大。
4. 表面现象热力学
一个体系的总自由焓G总,可以认为G总是体积 自由焓Gv(内部自由焓）和表面自由焓Gs 的总和。
G总= Gv + Gs =Gv + σA 如果体系的温度、压力和组成不变，Gv为一
个常数，则体系的自由焓变化仅决定于表 面自由焓的变化：
（2）当A一定(分散度不变）时，
dG总= A dσ 若要dG总 ＜ 0，则必须 dσ ＜ 0 这说明表面张力减小的过程是自发过程，体系力图通过 降低其表面张力已达到降低自由焓，使之趋向稳定。
固体和液体表面的吸附作用；
（3）当σ和A均有变化时，体系通过表面张力和表面积的减 小使体系自由能降低。
润湿现象。
比表面通常用来表示物质分散的程度，有两 种常用的表示方法： 一种是单位质量的固体所具有的表面积； 另一种是单位体积固体所具有的表面积。即：
A m A /m或 A V A /V
式中，m和V分别为固体的质量和体积，A为其表 面积。
分散度与比表面
把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。
把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高， 比表面也越大。
• 用聚丙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯两嵌段共聚物作为成膜物质，用直接成膜法得 到了具有三维微纳米结构的聚合物表面。利用两嵌段共聚物在选择性溶剂中 溶解性不同而得到多分子胶束溶液，单一胶束粒径在50至200纳米之间。在 溶剂挥发过程中，胶束彼此之间聚集以减小体系的表面能，形成尺寸在1～2 微米的球形胶束团聚体，每个团聚体的表面为众多纳米级的单个多分子胶束 所覆盖，构筑聚合物涂层表面具有与天然荷叶表面相似的微纳双重结构，这 一高分子仿生表面表现出类似天然荷叶的自清洁功能，水滴(5微升)的接触角 为度，滚动角为度。
可见达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积， 因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相 催化方面的研究热点。
二、表面自由焓
1. 表面功的形成
将分子或原子从体系内部移动到表面（即增大表面
积）克服体系内部的引力而做的功-----形成新表面过程 所消耗的功。
从内部移动到表面过程所消耗的功(-δw’)与表面积A 成正比:
4. 表面现象热力学
（1）一般在研究一个体系的自由焓G时,认为G只是温度、 压力和组分的函数，可以忽略表/界面对它的影响。 G = f（）
在体系是一个足够的连续相时，可以忽略。 （2）当表/界面足够大时，就需要考虑表/界面的热力学行为。
水在结冰的时候，形成极细小的冰颗粒，分散度 增大，比表面积非常大，表面自由焓对体系热力 学性质的影响占主要地位；
-δw’ = σdA
------------ (1)
σ-----比例常数
在等温可逆条件下 ΔG = -w’可 ------------ (2)
即在形成新表面过程中所消耗的功等于体系自由焓的
增加---------表面自由焓G表
dG表 = -δw’ = σdA
------------ (3)
dG表 = -δw’ = σdA ------------ (3)
热喷涂层表面自由能与结合力
第二章 晶体的界面结构
2.1 晶界与相界的概念
孪晶界与相界
1）孪晶界 两晶粒沿公共晶面形成镜面 对称关系
2）相界
相邻两相之间的界面
3）分类
孪晶界(相界)点阵完全重
合——共格
孪晶界(相界)点阵基本重 合——部分共格+位错——
半共格
孪晶界(相界)点阵完全不重
合——非共格
这一新的发现将有助于在不远的将来设计出新型微型水上交通工具。
壁虎爬行的奥秘
美、英、俄等国的研究小组才真正揭示了壁虎在墙上爬行的秘密。这个秘密就 是“分子间的作用力”。科学家在显微镜下发现，壁虎脚趾上约有650万根次纳 米级的细毛，每根细毛直径约为200至500纳米，约是人类毛发的直径的十分之 一。这些细毛的长度是人类毛发直径的2倍，毛发前端有100～1000个类似树状 的微细分枝，每分枝前端有细小的肉趾，能和接触的物体表面产生很微小的分
dG总= dGs = d(σA) = σdA + A dσ
4. 表面现象热力学
dG总= dGs = d(σA) = σdA + A dσ （1）当σ一定时， dG总= σdA
若要dG总 ＜ 0，则必须 dA ＜ 0 这说明缩小表面积的过程是自发过程
钢液中小气泡合并成大气泡； 结晶时固相中的小晶粒合并成大晶粒；
表面自由焓与表面张力的关系
百度文库
如果在活动边框上挂一重物，使重物质量W2 与边框质量W1所产生的重力F（F=（W1+W2）g） 与总的表面张力大小相等方向相反，则金属丝不
再滑动。
（1）新增加的面积：dA = 2ldx ….. (1)
（2）表面功： -δw’ = fdx
…… (2)
（3）表面自由焓增加 dG
水黾是利用其腿部特殊的微纳米结构效应来实现的。 空气被有效地吸附在这些取向的微米刚毛和螺旋状纳米 沟槽的缝隙内，在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水 滴的浸润，宏观上表现出水黾腿的超疏水特性。
对 其 腿 的 力 学 测 量 表 明 ： 仅仅一条腿在水面的最大 支持力就达到了其身体总 重量的15倍。 正 是 这 种超 强 的 负载 能 力使得水黾在水面上行动 自如，即使在狂风暴雨和 急速流动的水流中也不会 沉没。
液/气界面
液体内部分子 所受的力可以彼此 抵销，但表面分子 受到体相分子的拉 力大，受到气相分 子的拉力小（因为 气相密度低），所 以表面分子受到被 拉入体相的作用力。
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势，并 使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表面吸 附、毛细现象、过饱和状态等。
比表面（specific surface area）