当他还沉迷在对“张量”顶峰的修修补补时，他的师友、英国皇家学会会员A.J.M Spencer的一席话唤醒了他：“泉水，‘张量’已经被你做封闭了，你为什么还做？”从1998年起，郑泉水开始思考下一个研究方向的问题。这个转折具有巨大的挑战和风险，是从理论研究到实验研究，是从解决已知难题、创建系统性理论，到进入未知“不可能”，开辟和定义技术新领域。
2000年郑泉水闯入了当时还不存在的纳米力学；两年后，郑泉水终于逐渐找到并聚焦到了他真正的长期研究激情：结构超滑（即固体接触“零”摩擦、零磨损）技术。这是一个具有巨大应用潜力的技术，据统计，全球约1/4的一次性能源因摩擦而损耗，约80%的器件失效由磨损而引起，摩擦磨损可能导致无法发明创造出很多微纳器；结构超滑为革命性地帮助解决这些问题提供了可能。
在郑泉水之前，人们认为不可能实现微米尺度及以上尺度的结构超滑。2008年，郑泉水团队在世界上首次实验观察到了微米尺度结构超滑；2012-2013年，郑泉水团队证实了微米至厘米结构超滑的存在，从而完全颠覆了人们的有关认识。2017年，郑泉水作为第一获奖人以《范德华层状介质的滑移行为和力学模型》获得国家自然科学二等奖。2018年，郑泉水等教授在《自然》(Nature)上发表了题为“跨尺度的结构超滑和超低摩擦”的展望综述，再一次表明了其在结构超滑的引领地位。2019年，深圳市和清华大学设立了全世界第一个结构超滑技术研究所，致力于催生基于结构超滑技术的革命性产品，尤其是应用极其广泛的超滑微开关、微发电机、微机电系统、微传感器、下一代存储器等等。
育人：“钱班”十年，把学研方法传下去
郑泉水夫妇等与“钱班”同学野营（2017）
师者，所以传道受业解惑也。整个1980年代，郑泉水受到了杨德品（南昌大学）和黄克智（清华大学）等多位老师极大的鼓励和帮助，从此许下了重视人才培养的一生心念。进入新世纪后，作为清华老师，最让郑泉水魂牵梦绕的是育人，尤其是他耕耘了十年的“钱学森力学班”。
郑泉水表示，因为爱因斯坦，他学习和了解到犹太人的教育，发现自己的学习和科研方法与犹太人的教育十分相似——帮助小孩发现他最喜欢的东西，然后给他最好的资源，找最好的老师。
1993年调入清华任教后，郑泉水发现一个问题，清华的学生极聪明，却不够主动，缺少研究的激情。
对科研没有兴趣，肯定出不了好成果。为了改变这种情况，2002年，从未想过从事管理工作的郑泉水主动请缨当了固体力学研究所所长，想通过研究所的教学科研实践，探索出一条激发学生科研兴趣和创新学习的路子。
2009年，在研究所教学实验的基础上，他找教授们商讨，向校领导建议进行一次改革，在学校的层面建立一种独特的教育模式。恰巧清华正在酝酿以培养拔尖创新人才为目的的“清华学堂人才培养计划”，“钱学森力学班”（简称“钱班”）就在这样的背景下诞生了。
作为“钱班”首席教授，郑泉水担负着制定“钱班”培养方案、组织协调项目实施的重任。郑泉水希望，“钱班”的学生能用大一、大二两年的时间，矫正原有的应试思维，学精学深学专基础课；大三开始能用问题带入的方式展开通过研究学习；大四能在全球性平台上得到交流和锻炼。
经过6年的实践，“钱班”实现了对课时的大刀阔斧的改革。“我们的课程设置是6个学期18门核心课程，也就是一个学期三门核心课。但是，我一直鼓励学生每学期精学一门。”郑泉水认为，学好一门课不仅要把书从厚学薄，要学成几页纸，甚至学成一张图。
当然，找到好导师也非常重要。郑泉水认为，一个不好的老师，会扼杀一个学生的创造力。所以，“钱班”的导师在全球精挑细选，邀请那些有教育理想、能够呵护学生创新思维、真正想帮学生找到自己兴趣和学习科研方法的大师。
2019年已是“钱班”十年。让郑泉水很欣慰的是，在“钱班”上百位来自全校、全球的志同道合老师共同努力下，“钱班”培养了一批在力学和工程前沿交叉领域极富创造力、极富创新潜力的学术英才，基本形成了一整套突破性、卓有成效的大工科拔尖人才培养模式，在国内外获得了高度声誉，于2018 年获得国家级教学成果一等奖。
