荷葉為什么不沾水

美麗的荷花為我們的夏天帶來(lái)無(wú)盡美的感受，她生于塘泥污穢之中，卻能夠“出淤泥而不染”，你有想過(guò)她是怎么做到的嗎？荷葉的基本化學(xué)成分是葉綠素、纖維素、淀粉等多糖類的碳水化合物，有豐富的羥基（-OH）、（-NH）等極性基團(tuán)，在自然環(huán)境中很容易吸附水分或污漬，要想做到一塵不染似乎不可能?；蛟S你會(huì)想當(dāng)然的以為只有非常光滑的表面才能不染塵埃，但仔細(xì)觸摸荷葉，卻始料未及的發(fā)現(xiàn)原來(lái)荷葉表面糙感明顯，但為何粗糙的表面卻不滯留污垢呢？讓我們開(kāi)始今天的科普吧。。。

荷葉自潔效應(yīng)

眾所周知，水滴落在荷葉上，會(huì)變成了一個(gè)個(gè)自由滾動(dòng)的水珠，這說(shuō)明荷葉葉面具有極強(qiáng)的疏水性，灑在葉面上的水會(huì)自動(dòng)聚集成水珠，而水珠的滾動(dòng)會(huì)把落在葉面上的塵土污泥吸附掉滾出葉面，使葉面始終保持干凈，這就是著名的”荷葉自潔效應(yīng)（lotus-effect）”。

雨滴在荷葉表面形成晶瑩的露珠

荷葉的微觀結(jié)構(gòu)

經(jīng)過(guò)兩位德國(guó)科學(xué)家的長(zhǎng)期觀察研究，即上世紀(jì)九十年代初終于揭開(kāi)了荷葉葉面的奧妙。荷葉的自潔效應(yīng)與荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。原來(lái)在荷葉葉面上存在著非常復(fù)雜的多重納米和微米級(jí)的超微結(jié)構(gòu)。在超高分辨率顯微鏡下可以清晰看到，荷葉表面上有許多微小的乳突。乳突的平均大小約為10微米，平均間距約12微米。而每個(gè)乳突由許多直徑為200納米左右的突起組成的。

荷葉表面電鏡掃描結(jié)構(gòu)

打個(gè)比方，電鏡下的荷葉葉面上仿佛布滿著一個(gè)挨一個(gè)隆起的“小山包”，它上面長(zhǎng)滿絨毛，在“小山包”頂又長(zhǎng)出一個(gè)饅頭狀的“碉堡”凸頂，仿佛一只只觸角保護(hù)著葉面，使得尺寸比它大的東西根本無(wú)法靠近葉面。

水滴在荷葉表面上的電鏡掃描示意

荷葉自潔效應(yīng)的奧秘

這種乳實(shí)狀結(jié)構(gòu)的存在使得在”山包”間的凹陷部份充滿著空氣，這樣就在緊貼葉面上形成一層極薄，只有納米級(jí)厚的空氣層。這就使得在尺寸上遠(yuǎn)大于這種結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等降落在葉面上后，隔著一層極薄的空氣，只能同葉面上”山包”的凸頂形成幾個(gè)點(diǎn)接觸。雨點(diǎn)在自身的表面張力作用下形成球狀，水球在滾動(dòng)中吸附灰塵，并滾出葉面，這就是”荷葉效應(yīng)”能自潔葉面的奧妙所在。

荷葉自潔效應(yīng)：水珠滾動(dòng)時(shí)將葉表面垃圾帶走

荷葉的自潔特性已被研究的十分徹底，這種超級(jí)疏水自潔功能引起了科學(xué)家的濃厚興趣，從而大大促進(jìn)了仿生學(xué)的研究以及荷葉表面結(jié)構(gòu)模擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。研究表明，這種具有自潔效應(yīng)的表面超微納米結(jié)構(gòu)形貌，不僅存在于荷葉中，也普遍存在于其它植物中，另外一些動(dòng)物的皮毛中也存在這種結(jié)構(gòu)。其實(shí)植物葉面的這種復(fù)雜的超微納米結(jié)構(gòu)，不僅有利于自潔，還有利于防止對(duì)大量漂浮在大氣中的各種有害的細(xì)菌和真菌對(duì)植物的侵害。另外，更重要的是，為了提高葉面吸收陽(yáng)光的效率，進(jìn)而提高葉面葉綠體的光合作用。

除了荷葉具有自潔效應(yīng)以外，其它植物中也能發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，如天南星科植物（芋頭、海芋等）