视频中这些令人眼花缭乱的图案，竟都出自一个再普通不过的过程——一滴水落在平面上。在最新的《自然-通讯》杂志上，清华大学冯西桥团队与中科院化学研究所宋延林团队合作，让水滴拥有多种美妙的舞姿。
想象一下，当一滴水滴落在地面，会发生什么？取决于地表材料的化学性质与结构，水滴或是飞溅散开，或是弹回。具体而言，当固体表面疏水、黏性弱时，液滴会保持球状弹起；相反，与亲水、黏性强的表面碰撞时，液滴会四处飞溅。
如果与水滴接触的表面并非均质，而是不同区域具有截然不同的亲水性，又会发生什么？出于这样的想法，研究团队设计出一种各向异性的平板：首先，他们将一种氟化材料覆盖在氧化铝板上，形成类似于不粘锅的疏水涂层；随后，用紫外光照射铝板的特定区域（如下图的紫色区域），被照射的区域变得极度亲水。
借助同步高速成像系统，研究人员发现，当水滴准确落在图案中心，与亲水表面接触的水分子会向四周散开，而与疏水表面碰撞的部分则快速弹起。因此，由于不同部位的受力状况不同，水滴内部产生扭曲力，宏观表现就是水滴“转”了起来，其转速可达每分钟7300次。
取决于研究团队绘制的图案，水滴不仅可以旋转，还能产生卷曲、偏转等多种效果。当然，这项研究除了好看，还有更重要的作用：它还实现了对液体运动的精确控制，这在自清洁表面、防冰冻、材料混合等领域有着潜在的应用前景。此外，这项研究还为水力发电等液体动能的利用提供了新思路。在论文中，作者详尽分析了其力学过程，感兴趣的同学可以点击查看。