首页分享 #理学魔法#仿生魔法：莲花效应

#理学魔法#仿生魔法：莲花效应

来源：花匠小妙招时间：2025-05-07 17:59

水滴落在荷叶上，会变成了一个个自由滚动的水珠，而且，水珠在滚动中能带走和叶表面尘土。荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自然环境中很容易吸附水分或污渍。而荷叶叶面都具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”。

20世纪70年代，波恩大学的植物学家巴特洛特在研究植物叶子表面时发现，光滑的叶子表面有灰尘，要先清洗才能在显微镜下观察，而莲叶等可以防水的叶子表面却总是干干净净。他们发现，莲叶表面的特殊结构有自我清洁功能。莲花出污泥而不染，自古以来就被人们认为是纯洁的象征，所以这一自我清洁功能又被称为“莲花效应”。

出淤泥而不染的莲

莲花效应主要是指莲叶表面具有超疏水(superhydrophobicity)以及自洁(self-cleaning)的特性。由于莲叶具有疏水、不吸水的表面，落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠，换言之，水与叶面的接触角(contactangle)会大于150度，只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚离叶面。因此，即使经过一场倾盆大雨，莲叶的表面总是能保持干燥；此外，滚动的水珠会顺便把一些灰尘污泥的颗粒一起带走，达到自我洁净的效果，这就是莲花总是能一尘不染的原因。

莲叶表面显微图

在电子显微镜下观察水银与叶面接触的状况

叶滴带走叶面脏物模式图

自从莲花效应被发现以后，特别是巴特洛特博士(Dr. William Borthlott)用纳米材料制成自净盘子并注册专利以后，对如何将莲花效应用于生产和生活的研究方兴未艾。以下是时下最流行的莲花效应的几种应用。

1.莲花效应的纳米涂料

由于莲花效应主要原因是表面微米级的凸起颗粒，因此，采用纳米技术制成的涂料，可以在物体表面形成一层如同莲叶表面一般粗糙的薄膜。涂料涂在墙体表面可以有效并快速的使水珠滚落，并且带走附着在墙体表面的微小粉尘等脏物，保持墙面的干燥与洁净。喷涂具有莲花效应纳米涂料的房屋，可以在数十年之后依旧焕然如新。

2.纳米喷淋技术赋予模塑制品表面莲花效应

纳米喷淋技术可以让许多不能用纳米涂料覆盖的模塑制品也获得表面的莲花效应。在模塑过程中，通过纳米喷淋技术，纳米颗粒迁移到制品表面，形成细微的凸起结构，产生莲花效应。之前，在模塑制品表面产生莲花效应只能通过两种途径：一是在模塑后在制品表面压印；二是将表面有莲花效应的薄膜层压到制品表面。而现在，通过纳米喷淋技术，可以让更多的制品表面产生莲花效应，操作简便，具有很大发展前景。

纳米喷淋技术还有一系列潜在应用。例如，可以制成能将液体完全倾倒出来的容器；能长久保持清洁的各种照明灯具的罩子；无需人工清洁的门窗框；能够精确计量的移液管；还能制成耐磨损和耐侯表面的制品。因此，纳米喷淋技术随着研究的不断深入，将进一步拓宽其应用范围，应用到挤出、吹塑和热成型工艺，现实和潜在的应用都将变得日益广泛。

运用莲花效应的勺

疏水性薄膜

对于一些没有莲叶效应的物体表面，当我们需要其具有防水自洁功能的时候，给他覆盖上一层疏水性薄膜，是一个很不错的选择。这些疏水性薄膜是采用纳米材料制成的，其表面粗糙而又光滑。

纳米布料

进行户外活动或者雨天的时候，拥有一件防水的衣服，能很好的避免避免身体着凉。而采用纳米布料制成的衣服，不仅具有简单的防水功能，而且甚至不用去清洗它，因为当你在雨中走过的同时，雨水会自动的帮你洗好衣服，再脏的衣服，水一冲又变成新的了。

总的来说目前许多国家都纷纷展开研究如何将这种莲花效应用于汽车外壳、墙面、衣料和用具上。莲叶效应无论是作为生物世界里令人惊异的自然现象，还是作为21世纪最有价值的仿生学发现之一，都将对生物科学和生化技术的发展起到重要的推动作用。当生物效应与人类的生活应用结合起来，大自然的创意就成了服务人类的技术，有理由相信，未来的时间里，越来越多的仿生学技术将更多的被发现，并将会像莲花效应一般更好的造福人类。

这一期的理学魔法就到这里了，感谢大家阅读。如果大家有什么感兴趣的话题或者想了解的内容可以在评论中回复~那么下期见