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荷叶为什么不沾水

海桐发表于2015年07月20日00:08:04 | 植物知识 | 标签(tags):荷叶 自洁效应 不沾水

美丽的荷花为我们的夏天带来无尽美的感受,她生于塘泥污秽之中,却能够“出淤泥而不?#23613;保?#20320;有想过她是怎么做到的吗?荷叶的基?#20928;?#23398;成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物,有丰富的羟基(-OH)、(-NH)等极性基团,在自然环?#25345;?#24456;容易吸附水分或污渍,要想做到一尘不染似乎不可能。或许你会想当然的以为只有非常光滑的表面才能不染尘埃,但仔细触摸荷叶,却始料未及的发现原来荷叶表面糙感明显,但为?#26410;植?#30340;表面却不?#22303;?#27745;垢呢?让我?#24378;?#22987;今天的科普吧。。。

荷叶自洁效应

众所周知,水滴落在荷叶上,会变成了一个个自由滚动的水珠,这说明荷叶叶面具有极强的疏水性,洒在叶面上的水会自动聚集成水珠,而水珠的滚动会把落在叶面上的尘土污泥吸附掉滚出叶面,使叶面始终保持干净,这就是著名的”荷叶自洁效应(lotus-effect)?#34180;?

雨滴在荷叶表面形成晶莹的露珠

雨滴在荷叶表面形成晶莹的露珠

荷叶的微观结构

经过两位德国科学家的长期观察研究,即上世纪九十年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。荷叶的自洁效应与荷叶表面的微观结构有关。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。而每个乳突由许多?#26412;?#20026;200纳米左右的突起组成的。

荷叶表面电镜扫描结构

荷叶表面电镜扫描结构

打个比方,电镜下的荷叶叶面上仿佛布满着一个挨一个隆起的“小山包?#20445;?#23427;上面长满绒毛,在“小山包”顶又长出一个馒头状的“碉堡”凸顶,仿佛一只只触角保护着叶面,使得尺寸比它大的东西根本无法靠近叶面。

水滴在荷叶表面上的电镜扫描示意

水滴在荷叶表面上的电镜扫描示意

荷叶自洁效应的奥秘

这种乳实状结构的存在使得在”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”荷叶效应”能自洁叶面的奥妙所在。

荷叶自洁效应:水珠滚动时将叶表面垃圾带走

荷叶自洁效应:水珠滚动时将叶表面垃圾带走

荷叶的自洁特性已被研究的十分彻底,这种超级疏水自洁功能引起了科学家的浓厚兴趣,从而大大促进了仿生学的研究以及荷叶表面结构模拟产品开发。研究表明,这种具有自洁效应的表面超微纳米结构形貌,不仅存在于荷叶中,也普遍存在于其它植物中,另外一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,还有利于防止对大?#31185;?#28014;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。

除了荷叶具有自洁效应以外,其它植物中也能发现这种现象,如天南?#24378;?#26893;物(芋头、海芋等)

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