莲花效应

✍ dations ◷ 2025-04-03 15:14:00 #莲花效应

莲花效应（lotus effect），也称作荷叶效应，是指莲叶表面具有超疏水性以及自洁（self-cleaning）的特性。在东方文化里，莲花是纯净的象征。虽然，莲花喜欢生长在泥泞的湿地，但其叶子和花仍保持干净，这就是自洁的效果。植物学家研究莲叶表面发现它们有一个自然洁净的机制。莲叶的微观结构和表面化学意味着不会被水浸润；水滴在叶片表面就如水银一般，并且可以带走污泥、小昆虫及污染物。而且，水滴在芋头叶子亦有相似的行为。一些奈米科技学家正在开发一些方法，使涂料、屋瓦、纺织品和其它表面可保持干燥和干净，就如莲叶表面的方式相似。通常使用氟化物或硅处理表面而达到此效果；利用葡萄糖和蔗糖化合成聚乙二醇亦可达到此效果。有自洁效应的新涂料，目前已被发展，甚至有自洁功能的玻璃板也已经进入市场，使用于温室的屋顶等。让铝表面有疏水性质的方法是将铝浸在氢氧化钠几个小时之后，再利用旋转涂覆的方法，涂上一层厚度为 2 nm 的全氟壬烷（perfluorononane）。这样将使接触角从67°变成168°，此现象可用Cassie's law解释。电子显微镜可显示铝的表面像莲叶表面一样有多孔微小的结构。当液体润湿固体表面时，原本气-固的界面被液-固的界面所取代，而气-固与液-固之界面张力的差，称之为“湿润张力”。当气-固的界面张力大于液-固的界面张力时，也就是固体和液体间的吸引力大于固体和气体间的吸引力时，固体和气体间的界面张力会将液-固界面拉伸。换句话说，被湿润的固体表面有较低的界面张力，因此液体会在固体表面扩张。当液体滴在固体表面上时，固体表面和液滴切线的夹角，就是所谓的接触角。而湿润张力和接触角的关系，可以用杨氏公式（英语：Wetting#Ideal solid surfaces）表述：由于水滴在莲叶表面的接触角很大，代表莲叶与空气间的界面张力很低，水滴不易湿润其表面。

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