什么是“莲花效应”?

2016-04-28 13:49:29 防雾剂,织物疏水疏油整理剂 阅读

定义:

       莲花效应,莲花的自洁现象。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”。

概述:


       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。

       巴特洛特他们在显微镜下发现,莲叶的表面有一层茸毛和一些微小的蜡质颗粒,水在这些纳米级的微小颗粒上不会向莲叶表面其他方向蔓延,而是形成一个个球体,就是我们看到莲叶上滚动的雨水或者露珠,这些滚动的水珠会带走叶子表面的灰尘,从而清洁了叶子表面。

       莲花效应的效率极高。科学家们模拟莲叶的表面,发明了纳米自清洁的衣料和建筑涂料,只需一点水形成水滴,就可以自动清洁衣物和建筑表面。

      一种仿生复合材料所具有的特性,像荷叶一样具有自动清洁的功能,故称莲花效应。

       刀刃的表面无法被水珠附着的事实已经被验证而且广为人知。但是人们往往会忽视这样的表面同样很难被弄脏。

       在一个光滑的表面上脏的颗粒只会随着水滴的滴落而移动,他们附着在水滴滚动时产生的粗糙表面上从而被洗刷下来。这种关系只在最近才被注意到而且用实验得以证实。

       因为在亚洲文化中被看作纯洁象征物的莲花的大型类似于盾牌形状的叶片上常常可以见到这种现象,所以人们把它成为“莲花效应”。

       如果水滴滚过莲花的叶片,它们将卷起所有的灰尘微粒并将它们带离叶片。这个“莲花效应”原理如此有效,以至于即使是在被“蹂躏”过的莲花叶片上依然无法使得水珠和灰尘微粒附着。

       特殊的表面结构和产生蜡质的功能使得莲花的叶片几乎不受其他自然界现象的影响。它与人类对自然界影响的反应很不相同,如对环境中化学物质的影响反应等等。对于目前不得不广为使用的属于表面活性剂的化学物质来说,为了达到保持植物中有效营养成分的目的,它们被全世界的植物代理商广泛使用。这些活性剂不仅破坏了蜡质晶体的完美结构,使得叶片容易被水润湿。而且造成这样的后果:就是植物上的脏物质将无法再被彻底清除,而在不理想的环境中,还将被孢子、真菌或者细菌这些可以感染植物的微生物所侵染。

       莲叶效应描绘了一个很有效的生物模型系统,用它可以来制作人工的防污表面,因为它基于一个纯物理化学的原理。

       有许多的领域和方面需要这种应用,如衣料的外表面、房顶、自动喷漆器等等。如果可以使得这些领域的自清洁功能得以实现,显然会带来很多好处,而且可以节省清洁花费的费用。在工业合作中,目前正在努力将莲叶效应转化成实际的技术应用。虽然肯定还需要耗费一些时间,但是肯定迟早会有这种实用的产品走向市场。




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