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荷叶的秘密

“池面风来波潋潋,波间露下叶田田。”(北宋·欧阳修)在炎热的夏季里,那一片片翠绿欲滴的荷叶,点缀着粉红的荷花,总是让人流连忘返。一场大雨过后,湖面波光潋滟,新长出来的荷叶上面沾着水珠,在阳光的照射下,水珠滚过来滚过去,折射出耀眼的光彩。而另外一些植物在大雨之后却很少出现这种情况。叶子上沾水之后,几乎不会形成水珠,而是水平铺开来,沾满叶子。这样看来,似乎是荷叶特别“讨厌”水,不愿意让雨水浸透它的身体一样。

如果我们仔细观察的话,可以发现,荷叶上的水珠底部,有一层银白色的东西闪闪发光。这又是什么呢?科学家们经过研究发现,原来荷叶上面密密麻麻地布满了我们眼睛看不到的小凸起——有些科学家把它称作“乳突”——像小葫芦一样,上面长满绒毛。这样一来,在“小葫芦”和绒毛之间,就形成了一层薄薄的空气层。而那层银白色的东西,就是水滴与空气层接触的表面。 以当水滴落到荷叶上面的时候,其实大部分是与那层薄薄的空气接触, 只有小部分是与那些凸起的“小葫芦”接触。我们知道,水在空气当中是会凝聚成滴的。因此,与其说雨滴是在荷叶上面滚动,倒不如说雨滴是在空气中游走了。在那些凸起的“小葫芦”的表面,还附着着一层薄薄的蜡质。这样一来,水滴就更不容易粘在荷叶表面上了。这就是荷叶“讨厌”水的秘密所在。类似的现象有时在一些厚的斜纹布上也会短暂出现。不过因为布料上没有蜡质,会吸水,不一会儿水就被吸到布料里面去了。

科学家们把像荷叶这样不易沾水、“讨厌”水的表面叫作“疏水表面”,而把与水亲和力强、“喜欢”水的表面叫作“亲水表面”。

荷叶表面的构造

这些荷叶的表面其实还有一种不太容易被大家注意到的神奇的特质——自洁。大雨过后,其他植物的叶子往往表面上有雨水冲刷的泥痕,而荷叶表面却一尘不染。这是因为,虽然荷叶表面是很“讨厌”水的,但是污垢、灰尘这些东西却很“喜欢”水。于是荷叶就连带着“喜欢”水的污垢和灰尘一起“讨厌”了。虽然污垢和灰尘会暂时落到荷叶上,可是由于那层薄薄的空气层的存在,它们根本无法在荷叶上粘牢。当有水滴滚过时,这些灰尘由于和水的结合更紧密,就会一起被水滴带走。故此,北宋的周敦颐才在《爱莲说》中写出“出淤泥而不染,濯清涟而不妖”,用荷花来比喻不受世俗污染的人。

这种具有自洁效应的疏水表面构造不仅存在于荷叶中,还广泛地存在于其他生物中。不仅睡莲、王莲叶片和诸如玫瑰花瓣这样的植物上存在,鸭子、天鹅这样的水禽的羽毛也是类似的构造。这样的微观结构不仅让它们难以沾上泥巴,不会把自己弄得脏兮兮的,同时也是它们对抗空气中细菌、真菌侵害的一种手段。

搞清楚荷叶的秘密之后,科学家们开动脑筋,研究出了一系列模仿荷叶表面构造的产品。超疏水涂料就是其中一种。它通过喷涂的方式,用纳米颗粒在物体的表面人为制造出像荷叶表面一样的构造。这样处理过的物体也被赋予了荷叶一样的性质。不论是泼水还是沾泥,拿出来之后表面都光洁如新。可以想象,大厦的玻璃幕墙如果用类似的方法处理的话,也可以省去高空清洗作业的麻烦,减少清洁工所要冒的风险。

随着科学的发展,我们一定会想出更多控制物体表面特性的方法,这些方法也会在更多的地方得到应用,让我们的生活更加美好。

小实验

疏水表面和亲水表面上的水滴比较

你见过荷叶上的水滴吗?为了比较亲水表面和疏水表面上水滴的样子有什么区别,我们可以用玻璃板(表面为二氧化硅)来代表亲水表面,用不粘锅(表面涂层为特氟龙,一种疏水塑料)来代表疏水表面。分别在玻璃板上和不粘锅里各滴一滴水,仔细观察水滴的形状。哪一滴比较平?哪一滴比较圆? 4Pw/M0dQ639kqJyB39PySG9+z1ltwi5o9w/SpzffdGGmZlfRj+B/bSfsASl1mu9W

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