荷花效应

　　荷花效应也叫作自清洁效应，主要应用在物体表面，可以实现防水防油的效果。可以保持物体表面的清洁，减少了洗涤剂对环境的污染，既安全又省力。

　　效应简介

　　荷花何以出淤泥而不染？是因为它的表面十分光滑，污垢难以停留？不是。科学家用扫描电子显微镜观察，发现荷花的花瓣表面像毛玻璃一样毛糙，尽是20微米大小的“疙瘩”。这一被称为“荷花效应”的发现给人意外的启示。它启发人们去研制涂料和油漆，使墙面像荷花一样不受污染，永葆鲜艳色彩。

　　效应原理

　　上个世纪七十年代，德国植物学分类的科学家——威廉·巴特洛特，他和同事在试验中，偶然发现了一个有反常规的现象。

　　按惯例，实验用的植物都要被清洗干净的，可是他们注意到：通常只有那些表面光滑的叶子才需要清洗，而看起来粗糙的叶子，往往很干净。尤其是荷叶，它的表面不但不带灰尘，而且连水都不粘。

　　荷花的生长少不了淤泥的，因为它提供了非常丰富的腐殖质，供荷花的生长所需。可是破水而出的荷叶上，不但淤泥、灰尘不粘，就连水滴也很难在上面安安稳稳地呆上一会儿，仿佛自己就能把叶片打扫得干干净净的。

　　自古就有这么一说，就是因为当水珠落在荷叶上的时候，它由于表面粗糙，就是表面张力的作用，那么水珠会变成球状，或者是近似球状的，然后呢，它会滚离荷叶表面，然后就是带走荷叶上面的一些污浊的物质。

　　其实这出淤泥而不染，主要说的就是荷叶。

　　那么为什么它会有自清洁的特性呢？最开始人们认为是荷叶上那层白色的蜡质结晶决定的。

　　它表面就是有一层蜡质的物质， 我们用眼睛就可以直接看到，而用手也能感受到。您可以用手摸一下，它有一种粗糙的感觉。

　　荷叶表皮细胞分泌的蜡质结晶，在电子显微镜下，呈现出线状或是毛发状的结构，并且在叶片的正面和背面都有分布。但是水在叶片背面无法形成球状自如的滚动，反而还会滞留在中心。

　　那么再跟其它植物的叶片做个比较。远了不提，就拿跟荷花同一科的睡莲来说，它的叶子正面也有蜡，可是水滴上去，很快就铺平、蔓延开了，更达不到水珠在荷叶上大珠小珠落玉盘的效果。所以除了蜡质结晶之外，一定还另有门道。

　　如果用电子显微镜观察的话，就会发现它（叶）表面有一些这种微小的这种突起，这种微小的突起是这种微米级的微小的突起，然后这种微小的微米级的突起上面，又形成一种纳米级的突起。

　　我们触摸荷叶时粗糙的感觉，实际上就是由这些微小的突起产生的，它们平均大小约为10微米。而那些更小的突起，直径只有200个纳米左右。

　　要知道微米只有毫米的千分之一，而纳米更是小到一定程度了，它只有微米的千分之一。到底有多大？我给您打个比方，假设一根头发的直径是0.05毫米的话，嚓、嚓、嚓、嚓，把它纵向剖成5万根，那每根的厚度大约就是1个纳米，够小的吧。

　　没想到吧，在荷叶粗糙的表面上，竟然有着这么精细的微米加纳米的双重结构。

　　第一个结构就是它的那个微米级的乳凸，大概可能是10微米，到12微米，这么一个大小，然后深度可能是12到15微米之间，这种乳凸，然后乳凸上面有一个那个，就是表皮分泌的蜡质结晶，那个在电子显微镜的观察下，可以看出来它是那种毛发或者是线状的结构。

　　也就是说，在那些“微米尺度”的小山上又叠加了许多“纳米”小山。这样一来荷叶的表面，就布满了“山头”，“山”与“山”之间的空隙非常窄，再小的水滴也只能在 “山头”上跑来跑去。而水滴在滚动的时候，也就带走了叶子上的尘土和细菌。

　　那么是不是有了这样的结构，就能保证荷叶不沾水了呢？

　　科学家很快又发现，如果我们把荷叶放到水里浸泡一段时间，荷叶表面会从疏水变得亲水，这又是为什么呢？

　　德国有一个科学家做过这个实验，把荷叶放到水里10米以下再拿出来的时候，再测它就变成亲水了，因为它就是诱捕在乳凸和纳米结晶之间那个空气被排除了，是那个水分子一点一点的进去，进到那个空气的膜里，把空气排出以后，它这个就变成了亲水了。

　　原来，那些个头远远超过 “小山”的水珠和尘埃，之所以能在“山头”上跑来跑去，不单是因为山之间的缝隙太小，最关键的是因为山和山之间都被空气填地严严实实，形成了一个类似气垫的东西，把水滴给隔开了。如果气垫没有了荷叶也会变得亲水。

　　浸在水中的荷叶，由于压力的作用，把这层空气从小山中间挤了出去，因此就出现了科学家所看到的现象。

　　自从发现了荷叶不粘水的自清洁特点之后，人们就把这种现象称为荷花效应。但其实，在自然界有很多生物都表现出类似的特点。

　　水稻的叶子也是不粘水的，与荷叶的不同在于，荷叶上的水滴，可以在平面内向各个方向运动。而水稻叶片上的水滴通常是沿着叶脉的方向滚落，垂直叶脉的时候，相对就有些困难。但是这都与它们各自叶片的形状相适应。

　　不光是植物，动物也有。比如说，水黾它在水上行走时就是，水黾腿在水上直立行走，其实也是因为水黾腿它是一个超疏水的，所以因为它表面张力的作用会把水排开，然后支撑它的身体，然后让它跳跃，蚊子也是。

　　尽管如此，人们始终认为荷叶的表面结构，所体现的自清洁特性最为完美，一直希望能模仿它，从而制造出各种各样的疏水材料。

　　这事儿看起来很简单，做起来难。您想，那么精细的形态，都是我们通过电子显微镜才看清楚的，想凭这样两只手去复制类似结构，几乎不可能，因此，这里头有着非常高的技术含量。不过在科学家的帮助下，我们的梦想正在慢慢照进现实。