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1、“荷叶效应”的启示“荷叶效应”的启示 仿生界面材料仿生界面材料 荷叶效应（荷叶效应（Lotus Effect） 荷叶面具有荷叶面具有 超疏水(超疏水(superhydrophobicity) ) 自洁(自洁(self-cleaning) ) 荷叶表面的疏水、不吸水的表面 荷叶表面的疏水、不吸水的表面 始终叶面永远保持一尘不染 始终叶面永远保持一尘不染 予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟 而不妖，中通外直，不蔓不枝，香远而不妖，中通外直，不蔓不枝，香远 益清，亭亭淨植，可远观而不可亵玩益清，亭亭淨植，可远观而不可亵玩 焉。焉。 - - 宋朝周敦頤宋朝周敦頤 独自一人走在
2、荷塘旁，享受着似乎独自一人走在荷塘旁，享受着似乎 到了另一個世界般的宁静与清涼。 到了另一個世界般的宁静与清涼。 - - 朱自清荷塘月色朱自清荷塘月色 荷叶效应的提出荷叶效应的提出 1997年，德国波恩大学的植物学家巴夫年，德国波恩大学的植物学家巴夫 洛特 洛特 （Wilhelm Barthlott）提出了提出了荷叶效荷叶效 应应(Lotus effect)一词一词。 “ 荷叶效应”成为近代对人类生活具有“ 荷叶效应”成为近代对人类生活具有 重要意义的仿生学成果之一。重要意义的仿生学成果之一。 用传统的用传统的化学分子极性理论化学分子极性理论来解释，不仅来解释，不仅 解释不通，恰恰是相反。解释
3、不通，恰恰是相反。 从从机械学的光洁度（粗糙度）角度机械学的光洁度（粗糙度）角度来解释来解释 也不行，因为它的表面光洁度根本达不到也不行，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。 触摸就可以感到它的粗糙程度。 荷叶的表面(荷叶的表面(cultiule)具有)具有 大小约大小约515 m细微突起的细微突起的 表皮细胞(表皮细胞(epidermal cell) ) 表皮细胞上又覆盖着一层表皮细胞上又覆盖着一层 直径约直径约1nm的腊质结晶的腊质结晶 ( (wax crystal) ) 蜡质结晶本身的化学结构
4、蜡质结晶本身的化学结构 具有疏水性具有疏水性 以荷叶为例，水珠与叶面接以荷叶为例，水珠与叶面接 触的的面积大约只占总面积触的的面积大约只占总面积 的23%。的23%。 若将叶面倾斜，则水珠被迫若将叶面倾斜，则水珠被迫 以以滚动方式运动。滚动方式运动。滚动时，滚动时， 会顺便会顺便吸附起叶面上的污泥吸附起叶面上的污泥 颗粒颗粒，一同滚出页面。，一同滚出页面。 达到清洁的效果达到清洁的效果 相形之下，在同样相形之下，在同样具有疏具有疏 水性的光滑表面。水性的光滑表面。 水珠只会水珠只会以滑动的方式以滑动的方式 移动，並不会夹带灰尘移动，並不会夹带灰尘离离 开开 因此不具有自洁的能力因此不具有自洁的
5、能力。 雁、鸭等动物羽毛雁、鸭等动物羽毛 蝴蝶翅膀蝴蝶翅膀 玫瑰花瓣玫瑰花瓣 壁虎脚掌壁虎脚掌 蜘蛛丝蜘蛛丝 甲虫背部甲虫背部 其它生物体表的界面行为其它生物体表的界面行为 雁、鸭等动物羽毛雁、鸭等动物羽毛 雁鸭的羽毛表面主要成雁鸭的羽毛表面主要成 份亦为油脂类，而羽毛的层份亦为油脂类，而羽毛的层 状微结构中又藏有空气，所状微结构中又藏有空气，所 以雁鸭即使在水中也不会弄以雁鸭即使在水中也不会弄 湿羽毛，不会造成其飞行时湿羽毛，不会造成其飞行时 的阻力，在空中飞翔时更可的阻力，在空中飞翔时更可 以此来降低与空气间的摩擦以此来降低与空气间的摩擦 力，使飞行时更省力。力，使飞行时更省力。 蝴蝶翅膀
6、蝴蝶翅膀 蝴蝶翅膀是由微米尺寸蝴蝶翅膀是由微米尺寸 的鳞片交叠覆盖，每个鳞片的鳞片交叠覆盖，每个鳞片 上又分布着排列整齐的纳米上又分布着排列整齐的纳米 条带结构，每个纳米条带由条带结构，每个纳米条带由 倾斜的周期性片层堆积而成，倾斜的周期性片层堆积而成， 这种周期性排列的微观结构，这种周期性排列的微观结构， 不仅使其具有自清洁性，而不仅使其具有自清洁性，而 且还会产生特殊的结构色。且还会产生特殊的结构色。 玫瑰花瓣玫瑰花瓣 玫瑰花瓣具有微米乳玫瑰花瓣具有微米乳 突结构，同时具有纳米折突结构，同时具有纳米折 叠结构，这种微纳双层结叠结构，这种微纳双层结 构使其具有高黏附力的超构使其具有高黏附力的
7、超 疏水性。据此，我国学者疏水性。据此，我国学者 提出提出“Petal Effect”(花瓣效花瓣效 应应)。 壁虎脚掌壁虎脚掌 壁虎的每只脚底大约有壁虎的每只脚底大约有50 万根极细的软性刚毛，每根刚万根极细的软性刚毛，每根刚 毛末端又有约毛末端又有约400根至1000根根至1000根 更细小的纳米绒毛分支，这些更细小的纳米绒毛分支，这些 绒毛直径大约绒毛直径大约0.2 0.5m。这。这 种微纳米多级结构使得刚毛与种微纳米多级结构使得刚毛与 物体表面分子接触，从而产生物体表面分子接触，从而产生 “范德华力范德华力”。 蜘蛛丝蜘蛛丝 蜘蛛丝方向性的集水特征蜘蛛丝方向性的集水特征 蜘蛛丝主要体现
8、在集水蜘蛛丝主要体现在集水 特性上，两根纤维形成的特性上，两根纤维形成的 “主干主干”上分布着由纳米纤上分布着由纳米纤 维构成的纺锤状小凸起，当维构成的纺锤状小凸起，当 空气中的水分凝结到蜘蛛丝空气中的水分凝结到蜘蛛丝 表面后，会在这些微小凸起表面后，会在这些微小凸起 地方汇集形成大滴的露珠。地方汇集形成大滴的露珠。 甲虫背部甲虫背部 雌性甲虫的背部及超疏水区域雌性甲虫的背部及超疏水区域 在纳米比亚沙漠中有一在纳米比亚沙漠中有一 种独特的昆虫种独特的昆虫,已经进化出已经进化出 了一层能下活动的壳了一层能下活动的壳, 能够能够 高效地从雾中获取水分高效地从雾中获取水分,甲甲 虫身上六角形的小峰和低槽虫身上六角形的小峰和低槽, 能将小水滴挤到一起形成大能将小水滴挤到一起形成大 滴滴,沿着甲壳边缘的小槽滚沿着甲壳边缘的小槽滚 落流入到它的口中。落流入到它的口中。