表面潤溼性對於自然界和工業中各種各樣的界面過程至關重要。目前，相關研究主要集中在潤溼性與材料表面化學成分之間的關係。在分子尺度上，表面可以劃分為極性或非極性，一般認為潤溼性取決於表面極性：極性表面趨向於親水性，而非極性表面則多數是疏水性的。然而，很多證據均表明表面潤溼性的宏觀描述（親水/疏水）和微觀解釋（極性/非極性）並不總是一致的，需要考慮表面潤溼性的其他影響因素。例如，自然界的大多數表面並不是原子級平整的，而是具有一定的微觀形貌。之前的研究已經注意到表面形貌特別是粗糙度也會影響表面潤溼性方面，但相關研究主要集中在非極性材料，如荷葉效應等。對於極性材料表面微觀形貌對其潤溼性的影響仍有待探索。
自然界中很多極性礦物材料表面均具有特定結構，如層狀硅酸鹽的表面是週期性排列的六邊形空穴結構。作為頁岩礦物的主要組成部分，這類礦物表面的潤溼性往往對地表岩石表面物理化學性質有重要影響（土壤發育、地質碳儲存、地下水演化和頁岩氣開採）。而且頁岩潤溼性的調節被認為是提高頁岩氣開採效率的最有效的方法之一。有趣的是，有一些層狀硅酸鹽表現出不同尋常的疏水性，也就是特殊的極性疏水現象（polar hydrophobicity）。例如：滑石（talc）對於對單個水分子有很強的親和力，但是卻表現出明顯疏水性；雲母（mica）是一種典型的親水材料，但是最新的實驗表明當其表面鉀離子被去掉之後也同樣表現出明顯的疏水性（圖1）。
圖1.（a）滑石(001)表面和（b）雲母(001)的表面微結構。（c）滑石以及（d）去除表面離子的雲母表面水滴的側視圖。原子顏色：硅，藍綠色；鋁，藍色；鎂，粉紅色；鉀，黃色；橋氧，綠色；水和氫氧根的氧，紅色；氫，灰色。
最近，浙江大學李敬源教授團隊使用分子動力學模擬方法研究材料表面微結構對於疏水性的影響，揭示了多種層狀硅酸鹽礦物極性表面疏水性的作用機制。計算模擬結果顯示滑石和水有很強的相互作用（-70 kJ/mol），但它表面的水接觸角可達97°，表現出很強的疏水性。研究發現滑石表面空穴會捕獲水分子，從而干擾界面水分子之間的相互作用。這種特殊的表面微結構對水分子的捕獲作用顯著削弱了表面水分子之間的氫鍵作用。水分子為形成更多氫鍵，傾向於相互聚集以避免與表面接觸，導致表面疏水。作者進一步通過構建模型系統，改變表面空穴深度，調節表面捕獲水分子的能力。當空穴深度減小時，表面的接觸角單調下降（圖2）。
圖2.（a）滑石(001)表面水沿法線方向的分佈。（b）滑石(001)表面第一水合層水分子的分佈概率。（c）滑石表面水接觸角與表面六邊形空穴深度之間的關係。（d）調節滑石表面空穴深度為0Å時表面水滴的側視圖。
研究還發現類似機制同樣導致了其他類似材料如葉臘石、蒙脫石（去表面離子）、雲母（去表面離子）的疏水性。而云母表面離子的水合作用，正是通過影響表面水分子捕獲效應，調節其表面親疏水性（圖3）。該研究結果還表明Wenzel模型對具有原子尺度粗糙度的極性材料不再有效，這擴展了人們對錶面微結構對潤溼性影響的理解。
圖3.（a）雲母(001)表面水沿法線方向的分佈，表面離子覆蓋度分別為0%和12.5%。（b）雲母表面水接觸角與表面空穴離子覆蓋度之間的關係。（c）表面離子覆蓋度為0%和（d）12.5%雲母表面水吸附的典型構象。
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