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TUhjnbcbe - 2024/5/6 1:38:00
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“出淤泥而不染,濯清涟而不妖”,赞美了荷花,也歌颂了品行高洁之士。可是为什么,别的花花草草都“零落成泥碾作尘”,唯独荷花可以“自清洁”呢?最开始,人们以为是荷叶上那层白色蜡质的效果,但很多别的叶子也有蜡质呀,为什么不能“大珠小珠落玉盘”?科学家们把荷叶放大放大再放大之后,终于解开了谜题。

荷叶上的乳突结构有超强排水能力

荷叶,远看近看都是青翠欲滴、干干净净的模样。但是放大看,就不一样了。用电子显微镜把荷叶放大到倍时,奇迹出现了,原本青翠光滑的荷叶不复存在,取而代之的是表面星罗棋布的一个一个的近似球形的疙瘩,学名乳突。

密集恐惧症瑟瑟发抖

每个乳突的尺寸在10微米左右,10微米是个什么概念呢?这么说吧,我们的头发丝的直径大概是60到90微米之间,所以每个乳突比我们的头发丝还要细好几倍。而我们人眼最小能看到30微米的物体。所以即便你拥有一双慧眼,能把这世界看得清清楚楚明明白白真真切切,也绝看不到荷叶表面分布的这些小突起。

然而,荷叶表面的微观世界并没有到此结束。这些看起来像珊瑚一样的东西,就是上面的一个乳突放大之后的图片,可以看到,乳突上横七竖八地分布着棒状结构。它们小得只能用纳米去衡量了,只有一根头发直径的1/,这是纳米级凸起。

而荷叶之所以具有超强的疏水能力,主要得益于它表面的这种微观结构。也就是说,看似光滑的荷叶,其实是由一个个“山头”组成的。只不过山与山之间的空隙非常窄,而水滴的个头远远超过了这些“山”,所以它们无法渗入,只能在“山巅”晃来晃去。

水滴之所以钻不进这个“缝”,是因为山和山之间,被空气填得严严实实,形成了一个类似气垫的东西,气垫和乳突形成的山峰一起托举着水滴,让水滴无缝可钻,不能在荷叶表面摊开浸润,而是凝聚成一个一个的小水珠。并且,在水珠的滚动过程中,还会黏住荷叶表面的淤泥灰尘等污垢,它们会跟着水珠顺着荷叶表面一起滑落下去。这,就是荷叶“自清洁”功能的原理。

蝴蝶的翅膀与荷叶有异曲同工之妙

实际上,除了荷叶拥有这种超疏水能力之外,很多生物同样拥有这种超能力,比如蝴蝶。而当我们利用扫描电子显微镜把翅膀放大数倍之后再来看时,可以看出它的翅膀实际上是由排列规则的鳞片组成的,鳞片的宽度大概为50微米。

进一步放大,可以看出每片鳞片上都分布着彼此平行的脊状结构,学名脊脉。当放大到0倍时,可以进一步看到平行的脊脉之间,不规则地排布着类似蜂窝状的凹坑结构,脊脉间的距离大概为1.8微米,蜂窝状凹坑的尺寸大致为0.9微米。

这些凹坑里面分布着大量的空气,同样形成了一个个紧密排列的气垫,和脊脉一起托举着水珠使其不能浸润蝴蝶翅膀,蝴蝶因此才能在雨中翩翩起舞。

另一种超级不沾水,甚至能“轻功水上漂”的生物。没错,它就是在我国江河湖泊中广泛分布的水黾(mǐn),别名水蜘蛛,水蜢子等。那水黾又是怎么做到能在水面健步如飞,甚至凌空跳起捕捉食物的呢?

谜底就藏在水黾的腿部。当把水黾的腿放大来看时,可见他的腿上均匀排列着长度在20微米左右的刚毛。进一步把一根刚毛放大来看,可以看到刚毛上,又分布着螺旋状的纳米级凹坑。同样的道理,空气被有效地吸附在这些微米级刚毛和纳米级的螺旋状沟槽的缝隙内,形成一层稳定的气垫,阻碍了水对水黾腿部的浸润。跟荷叶同样的配方,同样的疏水原理。

从这些生物上找灵感制成超疏水材料

大自然孕育了这些有着超能力的生物,而我们人类同样可以道法自然,利用生物仿生学,制备出仿生“神器”,来为我们的日常生活服务。比如用荷叶原理做的衣服鞋子,污水泼上去,依然干净如新。这种防水的原材料,还可以放在金属表面防止水的腐蚀生锈。这些,只是常规操作,还有更新潮一点的。比如:

雨伞

包含荷叶原理的黑科技雨伞,采用超疏水纳米涂层,覆盖于整个伞面,真正做到滴水不粘,完全不用担心湿漉漉的雨伞会把包包弄湿,上一秒拿来挡雨,下一秒就能塞进包包里。

物理不粘锅

物理不粘是医用不锈钢通过的加热使金属表面原子产生致密层,从而达到不粘的效果。物理不粘锅的原理和荷叶很相似,它的表面结构也有很多针状突起,尺寸间距小于或与分子尺寸相当,使得表面的食物分子不会粘锅。最重要的是,这种不粘锅再也不怕钢丝球了!不娇气。

防水耐磨新技术

俄罗斯的科研团队借助激光脉冲“轰击”铝镁合金材料,使其表面产生与荷叶类似的纳米级纹络。这种凹凸结构可以提高铝镁合金的疏水性,使水难以在汽车车身及飞机外壳上停留,这就避免了车身、机身结冰。大大地提升了安全感。

随着科技的发展,仿生超疏水材料会越来越多走进我们的生活。这些材料可能应用在建筑表面,从此玻璃瓷砖都能一尘不染;可能应用在汽车表面,从此我们的车子就不需要因为沾染灰尘污垢而经常冲洗;也可能会做成帽子戴在我们的头上,从此我们的脑袋就不会再进水……总之,未来可期。

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