北宋时期,理学家周敦颐在《爱莲说》中留下的名句,历久弥新。
“我独爱莲之出淤泥而不染,濯清涟而不妖。”这句话深深印刻在许多人的心中。荷花之所以能保持其洁净,荷叶的庇护功不可没。细心观察,你会发现荷叶表面始终洁净无瑕,当水滴落在其上时,不会渗透其中,而是以圆润的形态滚动,仿佛“大珠小珠落玉盘”。这种“自清洁”和“不沾湿”的特性,被统称为“荷叶效应”。
荷叶的微妙之处
那么,究竟是什么赋予了荷叶如此神奇的能力呢?
从微观角度来探究,我们将荷叶放大500倍后发现,它的表面并非所见的平滑细腻。相反,它布满了小小的凸起,我们称之为“乳凸”。这些乳凸的平均尺寸约为10微米,平均间距在20微米左右。
进一步放大观察其中一个乳凸,当显微镜倍数达到10000倍时,我们发现乳凸上面密密麻麻地分布着细微的棒状蜡质晶体。它们的长度接近1微米,直径则在100纳米左右。这种“微米-纳米”的双重结构,正是荷叶特殊性质的决定性因素。
纳米与微米的世界
我们可以将这此乳凸想象成一个个的“小山包”,它们之间的凹陷部分充满了空气。与水滴相比,这些“小山包”的尺寸要小得多。当雨水落下时,由于极薄的空气层,它只能与“小山包”的顶端稍作接触,而无法浸润到荷叶表面。由于表面张力的作用,水滴会保持球状体形态,并在滚动中吸附灰尘后离开叶面。这就是荷叶实现“不沾湿”和“自清洁”的奥秘。
自然的启示
在自然界中,不仅荷叶拥有超疏水的能力,“仿生学”告诉我们许多生物也具备这种特性。例如蝴蝶的翅膀、水黾的腿等,在显微镜下放大观察时,我们都能看到与荷叶相似的“微米-纳米”级结构。
观察生物的启示
了解了荷叶效应的产生原理后,人类自然不会放过这一仿生学习的机会。于是,“超疏水材料”应运而生。比如,澳大利亚一家服装公司研发的特殊T恤、日本尼桑公司的纳米级材料应用在汽车上等等。除此之外,还有荷叶效应乳胶漆、防水漆、荷叶玻璃等。随着科技的进步,相信荷叶效应能够应用在更多领域中,为我们的生活带来更多便利。
超疏水材料的广泛应用
参考资料:
通过放大500倍的显微镜观察,我们揭示了荷叶不染之谜 . 科普
揭开“荷叶效应”的神秘面纱 . 华南植物园科普
赏荷的同时了解其背后的科学 . 蝌蚪五线谱