蔬菜和水果要加s吗

当我们在马桶上方便时，经常遇到马桶上有“残留”的尴尬。在你一次又一次按下冲水键，但残留的便便依然在马桶壁上与你面面相觑的时候，你可能会想：这个世界上为什么就不能有不粘便便的马桶呢？

事实上，这个问题也引发了科学家们的兴趣。

为什么我们需要

不粘便便的马桶？

为什么便便会这么黏呢？

南非夸祖鲁-纳塔尔大学的伍莱（S.M. Woolley）等人研究发现，便便的黏度和含水量密切相关，而便便的含水度又受到摄入膳食纤维和蛋白质的影响。然而，摄入富含蛋白质的食物（如肉类和豆类）和富含膳食纤维的食物（如水果、蔬菜和全谷物）对于人类保持健康的消化系统至关重要，它们在人类食谱中具有不可或缺的地位。

在保持饮食结构不大幅调整的前提下，要想改变便便的黏度并不容易。

富含蛋白质和膳食纤维的食物在人类食谱中具有重要地位。本图系AI绘制

为了解决马桶上有“残留”的尴尬，人们开发出了各种原理独特、冲水力强大的马桶。然而，这些强力冲水型马桶的高水流量导致用水量大幅增加，带来了新的问题。

调查数据显示，全世界每天都要花费超过 1410 亿升的淡水来冲厕所（非洲人口总用水的六倍），而城市居民的冲厕用水要占到全部生活用水的 30%~ 35%，这两个数字令人咋舌。与此同时，联合国教科文组织和联合国水机制共同发布的 2023 年《联合国世界水发展报告》显示，全世界仍有 20 亿至 30 亿人面临缺水困境。这种矛盾情况迫使人们不得不寻找其他解决方案。

在研究了便便和马桶之间的奇妙关系后，科学家们最终提出了一个解决方案：设计一款不粘便便的马桶！

加一层涂层，就可以实现不粘马桶吗？

或许你的第一反应是，要实现不粘连，在马桶上加一层涂层就可以了，科学家也是这么想的。

猪笼草，生物界闻名遐迩的食虫植物，它们的叶片特化为一个个瓶状捕虫笼，捕虫笼内壁具有多孔的微结构且填充有润滑液。被猪笼草蜜腺吸引而落入捕虫笼的昆虫在内壁上站立不稳，很难逃出生天。这种神奇的现象引发了科学家们的关注。

猪笼草捕笼的内壁，形似马桶。图片来源：wikipedia

美国宾夕法尼亚州立大学黄得胜（Tak-Sing Wong）团队从猪笼草身上汲取了灵感，开发了一款“超滑涂层”——LEES（liquid-entrenched smooth surface，液体固定的光滑表面）。

只需先用聚二甲基硅氧烷在马桶表面形成纳米级“毛发”基底，再喷涂硅油润滑剂，只需要 5 分钟就能在普通陶瓷马桶的表面形成 LEES 涂层，使其变得更加顺滑。

科学家先后在使用这种涂层制造的马桶内壁上测试了水、人造混合粪便、真实粪便，发现 LEES 涂层能够将粪便这样的粘弹性流体的附着力降低约 90%，基本做到了“不粘连”。

LESS 涂层对于节约水资源的作用也立竿见影，根据“粪便”含水量的差异，冲马桶的用水量可以减少 50%~90% 不等。LEES 层还具有一定抑菌效果，能够进一步减少气味的产生。

LEES 涂层（左）和无涂层马桶（右）去除人工合成粪便效果对比。图片来源：文献[3]

在 LESS 基础上，近十年来科学家们不断改善这种涂层技术，开发效果更好的涂层，并将其广泛应用于防污、自洁、防结冰等领域。

不过，这种涂层技术也有自己的问题。以 LESS 为例，在冲洗大约 500 次后，就需要在马桶上喷洒新的硅油涂层了，而聚二甲基硅氧烷基底在长期使用后也需要修补，每次修补需要 15 美元（约合人民币 109 元）。在缺水的不发达地区，使用这类技术似乎过于繁琐，成本也过于高昂。

有没有能够一劳永逸的办法？

华中科技大学的苏斌教授团队同样从猪笼草的捕虫笼内壁的微结构中获取灵感，决定从马桶本身入手。他们以塑料和特殊的沙粒的混合物为原材料，3D 打印出了尺寸是普通马桶 1/10 的马桶模型。

在 3D 打印的过程中，激光会将原材料烧结。烧结是一种化学过程，可将两种类型的固体压实和组合在一起，并且重要的是，这会产生多孔结构——固体颗粒之间有许多微小的间隙。因此，润滑油能够储存在整个马桶表面上，甚至渗透进内部。如此一来，表面的润滑油流失之后，就能从马桶的内部更深处得到补充，达到一劳永逸的效果。

同时，这种多孔结构让马桶更加耐磨，哪怕是用砂纸擦洗 1000 多次后，迷你马桶依旧光滑如初。

当然，这种马桶离走入我们的生活还有很远的路要走，因为要先打印出实际尺寸的马桶，再降低制造成本。

合成粪便仍能从表面被砂纸打磨 1000 次的迷你马桶的底孔中滑出。来源：文献[2]

为何便便能够不沾在马桶上？

在化学层面上，猪笼草、LESS 涂层、迷你马桶的超滑性都源于一种称为“疏水性”（hydrophobic）的材料特性。具有疏水性的材料表面接触水，水滴会形成一个圆珠状，很难浸润表面。

这是因为材料表面分子之间的相互作用力大于水分子与表面之间的作用力。而对应地，材料表面分子之间的相互作用力小于水分子与表面之间的作用力的表面，具有亲水性（hydrophilic）。

我们通常通过测量液滴边缘与固体表面之间的夹角（即接触角）来确定一种固体表面亲水或者疏水的作用大小。不难看出，当水滴在固体表面完全铺展开时，接触角应为0°，而如果水滴完全保持球形，接触角则应为 180°。

水滴在亲水、疏水和超疏水表面上的接触角。图片来源：文献[5]

因此，接触角越大，表明固体疏水性越强。当接触角超过 150° 时，科学家为这一性质起了一个新名字：“超疏水性”（superhydrophobic）。除了上述提到的猪笼草和涂层，自然界中的莲花、芋、甘蓝等植物的叶片和闪蝶属蝴蝶的翅膀都具有这种特性，这是其粗糙或多孔的微观结构决定的。

结语：

为让你的便便不粘在马桶上，科学家们做了许多努力，但目前仍有许多问题亟待解决。不过我们相信，随着材料学的进步，终有一天，不粘马桶会走进我们的日常生活中。

参考文献

[1] Woolley, S. M., et al. "Shear rheological properties of fresh human faeces with different moisture content." Water sa 40.2 (2014): 273-276.

[2] Li, Yike, et al. "Abrasion‐Resistant and Enhanced Super‐Slippery Flush Toilets Fabricated by a Selective Laser Sintering 3D Printing Technology." Advanced Engineering Materials (2023): 2300703.

[3] Wang, Jing, et al. "Viscoelastic solid-repellent coatings for extreme water saving and global sanitation." Nature Sustainability 2.12 (2019): 1097-1105.

[4] Kreder, Michael J., et al. "Design of anti-icing surfaces: smooth, textured or slippery?." Nature Reviews Materials 1.1 (2016): 1-15.

[5] Zhang, P., and F. Y. Lv. "A review of the recent advances in superhydrophobic surfaces and the emerging energy-related applications." Energy 82 (2015): 1068-1087.

[6] Chen, Huawei, et al. "Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata." Nature 532.7597 (2016): 85-89.

[7] Wang, Dagui, et al. "Liquid-like polymer lubricating surfaces: mechanism and applications." Nano Research (2023).

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监制丨中国科学博览

作者丨Denovo团队

充元丁4556All the fruits 还是 all fruits ? the 到底是要什么时候加的? -
万哄易18937303565 ______ all the fruit fruit本来就是水果的种类集合,而且前面还有all,就不需要重复含义了,所以说所有的水果是不需要加s的 fruits 单用可以表示 fruits and vegetables 这里就表示水果和蔬菜们

充元丁4556fruit和vegetable是可数还是不可数?什么时候加s,什么时候不加s?快快快!十分钟内!
万哄易18937303565 ______ fruit,同种水果不加s,不同水果加s/vegetable可数 不好意思.不太对.百度上找的.fruit指“水果”时,为集体名词,只用单数,不用复数.如果指不 同种类的水果或事情的结果时,则用复数fruits.试比较: ①I'd like to go and buy some fruit. ...

充元丁4556水果\蔬菜\颜色的英文有复数形式的吗 -
万哄易18937303565 ______ 水果作为不同种类时有复数 fruits 蔬菜\颜色 都是可数名词 它们的复数是 vegetables , colours

充元丁4556fruit和vegetable什么时候加s -
万哄易18937303565 ______ fruit和vegetable是集体名词,当强调多个种类的水果或蔬菜时,它们要加s.

充元丁4556英语 问一下这里的fruit和vegetable为什么加s
万哄易18937303565 ______ 表示各种各样的时候,两者加s

充元丁4556vegetable在什么情况下加s,在什么情况下不加s,是可数名词吗? -
万哄易18937303565 ______[答案] vegetable表示“蔬菜”,通常是可数名词,但通常用复数形式.如: 她买了许多新鲜水果和蔬菜. 正:She bought a lot of fresh fruit and vegetables. 误:She bought a lot of fresh fruit and vegetable. 你每天都吃蔬菜吗? 正:Do you eat vegetables every ...

充元丁4556请问fruit作为水果的种类时加s吗? -
万哄易18937303565 ______ 名词fruit的可数性问题 fruit表示“水果”时,既可以是可数的,也可以是不可数的,其区分原则是: 1. 用作物质名词,泛指一般意义的水果,不可数.如: Fruit is cheapest in season. 水果在上市季节最便宜. Fruit quickly goes rotten in hot ...

充元丁4556She likes to eat fruit 还是she likes to eat fruits s -
万哄易18937303565 ______ 这个问题考察的是可数名词和不可数名词的类别: 一般情况下,vegitable和fruit被认为是不可数名词,但是用来指蔬菜水果的种类或类别时,就是可数了,所以你上面说得两种都是可以的. She likes to eat fruit 和she likes to eat fruits 都可以,...

充元丁4556I like fruit such as A,B,C.中fruit和后面的水果名加s么? -
万哄易18937303565 ______ fruit是水果的总称,就像＂meat＂一样,＂肉的种类＂.后面的水果只是其中的一类则不需要加S.但用个数来计算,就需要加“S”,比如说one apple, two apples

充元丁4556多吃蔬菜和水果 用英语说 是“eat more vegetables and fruit”吗? -
万哄易18937303565 ______[答案] 多吃蔬菜和水果 eat more vegetables and fruits 都加s表示种类 保证准确率~