愛因斯坦說：“如果一個想法最初聽起來不荒謬，那就不要對它寄予希望。”而鄭泉水教授和他的一群博士生在2017年國家自然科學獎二等獎項目“范德華層狀介質的滑移行為和力學模型”（獲獎人：鄭泉水、劉哲、徐志平、劉澤、劉益倫）中的研究經歷，則詮釋了要想挑戰成功一個“荒謬”甚至“不可能”的問題，需要投入滿腔熱情和勇氣，百折不撓地堅持，再加上或多或少的運氣。
結構超滑（Structural Superlubricity）是指兩個固體表面直接接觸做相對滑移運動時，出現幾乎為零（簡稱“零”）的摩擦和磨損的狀態。絕對的零接觸摩擦在物理中是不可能的，那么，在兩個原子級光滑的范德華表面（如石墨烯、二硫化鉬等二維材料）之間有沒有可能實現結構超滑呢？“零”摩擦的一個自然推論是零磨損，這意味著“無限長”的壽命。想想“永動機”的“下場”，結構超滑的想法也的確夠瘋狂的。
因為一個偶然機遇，鄭泉水參與到這場“瘋狂的游戲”中——《科學》雜志曾在2000年報道了一個有趣的現象：多壁碳納米管的一個芯管抽出后，可以自發縮回運動到外管中去。鄭泉水和合作者、美國加州大學河濱分校教授蔣慶看到后，預言可用多壁碳納米管制造一類全新的（即基于結構超滑的）機械振蕩器。文章于2002年在《物理評論快報》（簡稱PRL）報道后，多位著名學者在《物理評論聚焦》上表示，這是第一個該類納米器件，有很大意義，但同時也對實驗物理學家提出了巨大挑戰。事實上，直到最近實驗才測到了該文預言的機械振蕩現象，可見這的確是一個不小的挑戰。
鄭泉水曾于2004年以純理論的項目“張量函數表示理論與本構方程不變性研究”獲得過國家自然科學二等獎（獲獎人：鄭泉水、黃克智）。在接觸上述課題前，他是一位純粹的理論研究者，幾乎沒做過實驗研究，也沒有實驗室。他半開玩笑地說，自己于2003年開始嘗試振蕩器的實驗時，真可謂“無知者無畏”呀！多年后的今天回看這項研究，鄭泉水認為自己之所以能“生存”下來，以往建立的學術聲譽、堅持、運氣和學生是關鍵。例如，鄭泉水指導的博士生中曾有三位獲得了全國優秀博士論文獎，所以即使是參與一項全新的探索，學生對老師的判斷也會有較充分的信任。另外需要特別指出的是，無論鄭泉水在這場漫長的跋涉中遭遇到多么大的困難，黃克智院士以及清華大學的多屆校領導，始終站在背后給予最大可能的支持。
鄭泉水回憶說，研究遇到的第一個“運氣”，是在時任國家自然科學基金委數理學部主任白以龍院士和中科院物理所解思深院士的引薦和支持下，國家自然科學基金委撥出1/3的委主任基金緊急啟動了這項實驗研究；緊接著，清華大學撥出了100萬自主研究經費支持實驗的開展。第二個“運氣”，是當時有來自不同學科的多位著名學者（特別是清華大學的朱靜院士、范守善院士、薛其坤院士，北京大學的彭練矛教授，以及中科院物理所的呂力和翁羽翔研究員等）決定給予實驗上的合作和大力支持。第三個“運氣”，是當時已經是博士生二年級的江博在鄭泉水的指導下，勇敢地接受了實驗的挑戰。第四個“運氣”，則是經過近一年的實驗嘗試后，鄭泉水決定采用高定向石墨，而不再是多壁碳納米管，去設計實驗。主要的考量是，采用微納加工技術，可以成批地制備出不同大小、不同形狀的實驗用品。這個決策的背后，也有隱隱約約的今后更有可能走到大規模生產的考量。但當時，多位材料大專家都認為這是一個“瘋狂”的想法，因為人們已經發現和使用石墨片很長很長時間了，從來沒有人觀察到滑移開的石墨片能夠縮回去！
一方面，出身理論研究的鄭泉水缺乏實驗的經驗，這是一個短板；另一方面，對理論的“信仰”和深刻理解，使得他有不斷嘗試和堅持的底氣。但江博的實驗遇到了極大的困難——頻繁出入于上述合作教授的不同的實驗室，卻一而再、再而三地遭遇失敗。每次失敗后，師生兩人就會坐下來，靜靜地分析，找出失敗的可能原因。鄭泉水總能“看到”一絲似乎可能引導走出黑暗的“光”；而江博也總能堅持著再回到實驗室去嘗試。這場艱難跋涉，足足進行了兩年多。直到2006年，他們終于用微米尺度石墨塊實現了滑移自縮回運動現象。打個比方，這個現象就猶如將兩塊同樣大小的磚上下疊在一起，將上面的磚往外滑動一個距離（比如磚的1/3長度），放手后，發現上面的磚會自動地縮回到疊在一起的位置。
因為這個神奇的自縮回運動現象之前從未有人在任何晶體中發現過，激發了鄭泉水的博士生楊佳瑞和劉澤等去深入實驗探究，并試圖觀察到振蕩現象；劉哲、徐志平和劉益倫等則致力于理論探究、模型計算和機理理解。顯而易見，這需要多學科的合作。幸運的是，為支持這項研究及其代表的多學科合作模式，清華大學于2010年設立并大力資助了以鄭泉水為主任的微納米力學與多學科交叉研究中心。從此，鄭泉水終于有了自己的實驗室，并能夠與來自多學科（微納加工、物理、化學、材料、器件等領域）的合作者（除上述人員外，還有Francoise Grey教授、程曜教授、李志宏教授、李喜德教授、魏飛教授、張瑩瑩副教授等）經常“腦力碰撞”。這極大地加速了相關研究的進程。特別是，有了挑戰微米尺度結構超滑“不可能”的條件。經過四年多的努力，鄭泉水、劉澤、楊佳瑞等于2012年證明了產生上述自縮回運動現象最不可思議的原因，是微米尺度結構超滑！
早在1983年，人們就預測有可能實現結構超滑；1993年日本學者平野（Motohisa Hirano）等觀察到了納米尺度結構超滑跡象；2004年荷蘭科學院院士弗倫肯（Joost Frenken）等首次實驗證實了納米尺度下結構超滑的存在。再之后，探索更大尺度結構超滑的實驗似乎就陷入了“凍結”，因為包括弗倫肯在內的不少學者認為，甚至從理論上“證明”， 更大尺度結構超滑基本不現實。因此，當2012年鄭泉水等在PRL報道微米尺度結構超滑現象時，引起了很大的驚嘆。弗倫肯等2012年在《化學世界》上評論說，“我們之前認為這是不可能的”，“這是一個聰明的經過仔細設計的，且極具勇氣的實驗。該現象發生在介觀尺度，立刻將這個現象的研究從學術興趣轉化到實際應用。”
隨后，鄭泉水和楊佳瑞、劉澤等又觀察到了高速（25米/秒）的結構超滑，并與魏飛、張瑩瑩等合作，觀察到了厘米長度的結構超滑。這些重要進展于2013年分別發表在PRL和《自然·納米技術》雜志上。
故事到此，似乎該告一段落了？因為2017年度的國家科技獎只針對2013年和之前公開報道的成果。但正應了弗倫肯的預言，自2012年后，微米尺度結構超滑的發現立即觸發了全球范圍的應用研究的開始。在中國，為了鼓勵鄭泉水團隊朝這個方向發展，科技部設立了關于超滑的第一個納米重大研究計劃，美籍華人企業家唐仲英先生給予了大筆捐款，北京市科委專項支持，清華海峽研究院給予了不少的幫助。今年9月，清華大學和深圳市設立了全球第2個超滑研究中心-深圳清華大學研究院超滑技術研究所。在美國，阿貢國家實驗室2018年4月設立了全球第1個超滑研究中心。特別值得指出的是，2018年《自然》雜志邀請鄭泉水等發表了題為“跨尺度的結構超滑和超低摩擦”的展望綜述；《自然·材料》雜志報道了鄭泉水和他的年輕同事（前博士生）馬明副教授等實現了首次旋轉穩定的結構超滑。因此，可以期待在不久的未來，結構超滑將有更大、更激動人心的故事產生。
