|
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，它由于表面那个，就是表面张力的作用，那么水珠会变成，就是球状，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，咱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。
荷花效应前景
威廉·巴特洛特是德国波国大学植物研究所的所长，他领导进行的一项研究表明，莲花的洁净中隐藏着一个秘密：当雨停了的时候，某些植物显得很湿润，而另一些植物则立刻就干了，而且显得很干净。由此发明了一项新技术，生产出表面完全防水并且具备自洁功能的材料。这是一项用途广泛的新技术，它使人们不再为建筑物及表面的清洁问题发愁，也不必再为汽车、飞机和各种运输工具的清洁问题大伤脑筋。它不仅省去了周末例行的擦洗汽车的工作，使人们大大节省了体力，同时因为减少了使用有毒清洁剂，用于环保方面的支出也相应减少。
通过电子显微镜对1万多种植物的表面结构进行了研究，最终揭示表面光滑的叶子都需要经过清洗才能置于显微镜下观察，而表面覆盖着一层极薄蜡晶体的叶子（这正是防水叶面的特点）却干干净净。
事实上，在拥有“蜡盾”的叶面上，污物的粒子只是勉强立足，难以扎根，少量水就可以将其冲走。植物学家们组织了一场各类植物的抗污比赛：将防水性最佳的植物（从340种植物中选出）置于含有大量石英粉尘、二氧化硫和复印机墨粉的污染物中，然后，再将这些植物置于雨水 中，或用人工喷雾，以检验在直径为0.5毫米的水滴中其自洁机能的效果。在高倍电子显微镜的帮助下，研究人员进行了一系列试验后，取得了综合数据。他们特别测量了水滴和叶面之间的接触的角度：该角度越大，清洁所需的水量就越少。莲花叶面与水滴的接触角度平均为160度，最接近180度的极限值。
结论是微小的蜡晶体使植物叶面变得粗糙，这是植物具有抗污机理的关键所在。
1999年3月，第一种产品问世。在不久的将来，太阳能板、道路交通标识牌、花园中的座椅和苫布等覆盖材料都只需用少量的水就可冲洗干净。这还仅仅是一个开始，几年之后，“莲花效应”可能直接应用于任何露天建筑物或交通工具的油漆、涂料和表面材料上。
|
