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爱莲新说之莲叶的自洁效应

来源:牛背梁    发布日期:2010年7月22日    浏览次数:

爱莲新说之莲叶的自洁效应

郭朋勃

        神奇的自然界中有着许多不为人知的小秘密。你了解荷叶吗?它永远不会被雨水淋湿!当雨水来临时,亭亭玉立的荷叶却是一身的干爽,雨滴落到荷叶上,就像一个小滚珠跳来跳去,最后滑落水中,叶面上一点痕迹也没有。我国唐代郑允瑞在《咏莲》说:“本无尘土气,自在水云乡;楚楚净如拭,亭亭生妙香。”宋代周敦颐在《爱莲说》中曾说:“莲花出淤泥而不染”。对这一现象作了详细的描述。由于莲花出污泥而不染的特性,被人们称为“花中君子”,自古就被人们认为是纯洁的象征。

        为什么莲叶不会被雨水打湿呢?

        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。科学家进而将莲叶这一自我清洁功能取名为──莲叶的自洁效应,又被称为莲花效应(lutos effect)。

        莲叶为什么永远不会被水打湿呢?为什么会有这种“莲花效应”?科学家试图用传统的化学分子极性理论来解释,不仅解释不通,恰恰是相反。又从机械学的光洁度(粗糙度)角度来解释也不行,因为它的表面光洁度根本达不到机械学意义上的光洁度(粗糙度),用手触摸就可以感到它的粗糙程度。

        直到上世纪九十年代初科学家们终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。在超高分辨率显微镜下可以清晰看到,荷叶表面上有许多微小的乳突,乳突的平均大小约为10微米,平均间距约12微米。而每个乳突有许多直径为200纳米左右的突起组成的。在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”,它上面长满绒毛,在“山包”顶又长出一个馒头状的“碉堡”凸顶。因此,在“山包”间的凹陷部份充满着空气,这样就在紧贴叶面上形成一层极薄、只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后,隔着一层极薄的空气,只能同叶面上“山包”的凸顶形成几个点接触。雨点在自身的表面张力作用下形成球状,水球在滚动中吸附灰尘,并滚出叶面,这就是“莲花效应”能自洁叶面的奥妙所在。

        研究表明,这种具有自洁效应的表面超微纳米结构形貌,普遍存在于植物中。某些动物的皮毛中也存在这种结构。其实植物叶面的这种复杂的超微纳米结构,不仅有利于自洁,还有利于防止大量漂浮在大气中的各种有害的细菌和真菌对植物的侵害。另外,更重要的是为了提高叶面吸收阳光的效率,进而提高叶面叶绿体的光合作用。

        根据莲花效应的结构原理,模仿莲叶自洁的功能,科学家将其应用于表面纳米结构的技术,抽透明疏油、疏水的纳米材料颗粒作成涂料涂刷在建筑物表面,大楼就不会被空气中的油污灰尘弄脏;镀在窗户玻璃表面上,玻璃也如同荷叶一般自净而永远透明。或将这种纳米颗粒放到纤维中,做成防尘的衣物,也可省去不少洗衣的麻烦。

        当这项技术普及后,我们的世界也将改观。不会脏的地板、墙壁和没有灰尘阻挠的无线电用品将会不断的出现,人类的生活也会更加进步。

        同时莲叶的自洁效应给了我们做人的启示,在工作生活中我们也要学习莲叶的自洁特性。无论世界充满多少诱惑,无论环境多么恶劣,都要加强自身学习,提高自身的抵御能力,真正做到出淤泥而不染,做一个有益于人民的人,一个高尚的人。