荷叶效应是什么？叶片放大500倍后，找到了它“不沾水”的原因

北宋理学家周敦颐《爱莲说》中的名句

“予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖”

相信许多人都对这句话记忆尤深，而荷花之所以能保持干净，离不开荷叶的庇护。仔细观察就会发现：荷叶的表面也总是洁净无比，当水滴落在叶面上时，并不会浸润其中，而是圆圆的一颗，滚来滚去，颇有一种“大珠小珠落玉盘”的感觉。而“自清洁”和“不沾湿”这两种特性，就被统称为“荷叶效应”。

叶片上跳动的水珠

那么，荷叶为什么会有如此神奇的能力呢？

我们从微观视角一看便知。先将荷叶放大500倍观察，就会发现：它的表面并不像肉眼看到的光滑细腻，而是分布着一个个小的凸起——乳凸。它们的平均尺寸接近10微米，平均间距在20微米左右。再将其中一个乳凸放大观察，当显微镜倍数达到10000倍时，就能看到乳凸上面还密密麻麻地分布着细微的棒状蜡质晶体。它们的长度接近1微米，直径则在100纳米左右。也就是说，在荷叶表面存在着复杂的“微米—纳米”双重结构，也正是这种结构决定了荷叶的特殊性质。

纳米级结构

微米级结构

我们可以将这些乳凸看作一个个隆起的“小山包”，它们之间的凹陷部分充满着空气。水滴的最小直径为1~2毫米，远大于乳凸的尺寸，所以当雨水落下时，隔着极薄的空气层，它仅能与“小山包”的顶端有些许接触，而不能浸润到荷叶表面。又因为表面张力的作用，水滴就会保持球状体，并在滚动的过程中吸附灰尘，最终滚出叶面。至此，荷叶便做到了所谓的“不沾湿”和“自清洁”。

“不沾湿”和“自清洁”

而在自然界中，不仅仅是荷叶，许多生物都拥有超疏水的能力，例如，蝴蝶的翅膀、水黾的腿等，将它们在显微镜下放大，都会观察到与荷叶相似的“微米—纳米”级结构。

蝴蝶翅膀放大1000倍

蝴蝶翅膀放大10000倍

水黾腿上微米级的刚毛

刚毛放大后存在凹坑

在了解荷叶效应产生的原因后，人类当然不会放过这一模仿学习的机会，“超疏水材料”便应运而生。例如，澳大利亚一家服装公司发明了一种特殊的T恤，同样是棉质衣服，但是不论往上面泼水还是饮料，它都能一直保持干爽；日本尼桑公司将一种纳米级材料涂抹在汽车的一半，在驶过泥地后，就能看到明显的对比：涂有特殊材料的车身干净如初，而原来的部分早已布满泥污。除了这些，还有荷叶效应乳胶漆、防水漆、荷叶玻璃等，相信随着科技的不断进步，荷叶效应可以应用在更多的材料上，我们的生活也能因此改善。

超疏水T恤

纳米级超疏水涂料

防水漆

参考资料：

我们把荷叶放大了500倍，找到了它出淤泥而不染的原因 . 科普中国

“荷叶效应”揭秘 . 华南植物园

赏荷时节，这些秘密你得懂 . 蝌蚪五线谱

荷叶效应及其应用 . 荒年fans