赏荷时节，这些秘密你得懂
夏天是莲花绽放得最美丽的时候。在红花和绿叶的点缀下，夏天似乎更凉爽了。每当提到莲花，我总会想起周敦颐在《爱莲论》中的一句话，“唯爱莲自泥而不沾，洁而不妖”。自古以来，“莲花”一直受到学者和学者的称赞，是“高贵而干净”的象征。然而，为什么莲花能从泥里出来而不被弄脏呢？这是关于莲花的“自洁”和“不湿”特性。
荷叶效应
如果你仔细观察荷叶，你会发现荷叶总是干净的，好像它们不会留下任何灰尘。这是因为荷叶表面的特殊结构具有自洁功能，即荷叶的“自洁”特性。此外，我们经常看到这样的场景:当水滴落到荷叶上时，水并没有完全扩散，而是以水滴的形式停留在荷叶上，只要叶子表面稍微倾斜，水滴就会从叶子表面滚下来。这就是荷叶的“不湿”特性。荷叶的“自洁”和“不湿”特性统称为“荷叶效应”。这个概念是由波恩大学的植物学家巴特洛特首先提出的。
荷叶
事实上，荷叶的“不湿”特性也被称为“超疏水”特性。那么，如何定义“超疏水”的概念呢？在定义“超疏水”的概念之前，我们必须首先理解表面化学中的一个概念——接触角。如下图所示，接触角是指“液-固”界面的水平线和“气-液”界面穿过液体内部的切线之间的夹角θ。。有了这个概念，我们可以很容易地表达液体对固体的润湿。
传统上，当θ；90度那时，液体不能润湿固体，这时，液体在固体表面收缩成一个球体。水不能弄湿石蜡，因此呈“球形”。当与水的接触角θ；> 150度固体表面具有“超疏水”特性。一般来说，我们可以认为这个固体表面有很强的防水能力。除了荷叶表面，芋头叶、香蕉叶、海豚和鲨鱼的表面也显示出“超疏水”特征。
香蕉叶
荷叶的显微结构
大量科学研究表明，结构往往决定自然。那么，你肯定会问:“荷叶的特性与其结构有关吗？”答案是肯定的。电子显微镜的发展给我们的科学研究带来了更多的可能性，也使我们能够观察荷叶的微观结构。通过电子显微镜的成像结果，我们可以清楚地看到荷叶表面有许多凸起的“小山”(这种结构称为“乳突”)。这些乳突的大小通常约为10微米，平均间距约为12微米。这些乳突由许多直径约100纳米的纳米蜡晶体组成。由此可见，荷叶表面存在复杂的“微米-纳米”双重结构。正是这些结构使荷叶具有“超疏水”和“自洁”的双重特性。
荷叶表面的蜡是疏水性的根本原因。因为蜡晶本身的化学结构是疏水的，当水与这种表面接触时，会形成“球形”水滴，因此荷叶表面具有“超疏水”的特性。荷叶表面形成的乳头状突起非常多，且间隔非常小，因此在乳头状突起之间会有许多凹陷部分。这些凹陷充满了空气，因此在叶子表面附近形成了一层非常薄的纳米级空气。然而，落在树叶上的灰尘和水滴的大小比空气层的大得多。因此，当这些物质落在叶子表面时，它们只能在几个点上与叶子表面的“小山”的顶部接触，而不能弄湿荷叶表面。水滴在自身表面张力的作用下形成“球体”，并在滚动过程中吸收灰尘等杂质，最终滚出叶面，这就是荷叶具有“自洁”特性的原因。
从荷叶到仿生技术
自然界所有生物都经历了漫长的进化过程。在自然选择下，生物的结构和功能被长期筛选、开发和优化，效率极高。当然，聪明的人类不会错过向自然“学习”的机会，“仿生技术”应运而生。仿生学是一门研究和模仿自然界生物的结构、功能和生活方式的系统科学。它将生物学的结构、功能和行为应用于现代工程系统和技术的设计，以解决人类遇到的科学和技术问题。仿生学不是对自然模型的简单复制，而是对自然界中具有创新价值的生物的理解、升华和“重塑”。
那么，如果荷叶结构应用于仿生技术，会发生什么呢？想象一下，如果我们能有一件荷叶效应的衣服，那么懒惰的福利是存在的吗？(妈妈再也不用担心我的衣服弄脏了)此外，如果汽车被涂上荷叶状的涂层，洗车店老板会被无限期地关闭吗？这些想法似乎不合逻辑，但它们已经得到了技术支持。据英国《每日邮报》报道，澳大利亚墨尔本服装技术品牌Threadsmiths公司发明了一种特殊的t恤，名为“骑士”。
像传统的t恤一样，它们都是100%棉的，它们的特点是可以有效防止大多数液体和污渍的侵入。把水倒在这些衣服上，它们仍然会保持干燥。把可乐或其他饮料倒在上面，有色液体会形成珠子并从上面滚下来。即使用高压水枪喷射，衣服仍然是干的。不了解荷叶效应的人可能会认为这是魔法，但读了上面的内容，他们就能知道其中的奥秘。Threadsmiths的官方网站也发表声明称，“他们的灵感来自荷叶”。
最近，美国的Ultra-Ever Dry和日本的日产率先将自清洁技术应用于汽车。Ultra-Ever Dry是一种具有超疏水和自清洁性能的纳米材料，可用作功能涂层来覆盖我们需要的材料。日本尼桑将这种材料应用到汽车表面，并成功制造出第一辆具有自清洁功能的汽车。为了比较自洁效果，日产对其最有价值车型之一的Note做了一个简单的测试:车身的一半喷涂了超干材料，另一半保持不变，然后在泥泞的道路上进行测试。在测试中，可以看到泥浆落在涂有纳米材料的车身上后会变成泥滴，并直接滑落。
最终结果显示，未改性的车身被泥浆覆盖，涂有纳米材料的车身仍然像以前一样干净。超干材料具有超疏水和自清洁性能，因为它模拟荷叶表面结构。这种材料涂在汽车表面后能形成一层细密的空气层，类似荷叶表面乳突间凹陷的空气层，使泥土不能接触表面。简而言之，该空气层是疏水性纳米级绒毛层，其具有与荷叶上的蜡乳头相同的效果，使得诸如水滴的杂质不能与物体表面接触。由于其自身表面张力的作用，滴落在其上的水滴呈“球形”，在滚动过程中吸收杂质，最终与表面分离，从而实现自清洁功能。
窗户左侧不使用疏水涂层，右侧使用疏水涂层。
荷叶效应还有很多应用。上面提到的仿生技术只是冰山一角。作者刚刚选择了一些与生活相关的应用程序，并于最近发布给大家分享。此外，荷叶效应在化工、建筑涂料、厨房用具等领域有许多应用。有理由相信，随着科技的进步，荷叶效应的应用范围将会更广。
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