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Thu, 12 May 2022 18:45:36 +0800
馆长随笔

出淤泥而不染的荷叶
刊登日期: 2020年12月31日


影片展示荷叶的超级拨水性

以上的片段展现了荷叶超卓的拨水性,但如果大家曾经触摸荷叶的表面,就会发觉叶面其实并不算光滑。那为什么荷叶的拨水能力比其他植物的叶片更强呢?

片段中有利用光学显微镜拍摄的荷叶表面照片,原来叶面满布像「手指头」的突起物(乳突),而那些「手指头」非常微细,直径大约只有10微米,比头发要幼很多。如果用电子显微镜再放大观察,「手指头」上面还有细至纳米级的蜡质小管 (直径约100 纳米)。蜡质属于疏水性,简单来说即是不喜欢亲近水。

荷叶表面电子显微镜影像
荷叶表面电子显微镜影像(图片鸣谢 Superhydrophobicity in Perfection: the Outstanding Properties of the Lotus LeafEnsikat, H. J.; Ditsche-Kuru, P.; Neinhuis, C.; Barthlott, W. Beilstein J. Nanotechnol. 2011, 2, 152–161. https://doi.org/10.3762/bjnano.2.19 )

当水接触到荷叶表面,布满疏水性蜡质小管的「手指头」,以及水的表面张力,不只令水无法渗入「手指头」之间的微细罅隙,反而会令水聚合成圆浑的水珠。因为水珠和叶面的实际接触面积非常小,形成较小的黏附力,所以令水好容易流走。水滴在一般纸张上并不会形成圆浑的水珠,而会停留在纸张表面并慢慢渗入纸张。

水珠在荷叶表面的较浑圆,而在纸张表面则较扁平
比较水珠在荷叶及纸张上的形状

荷花生长于水流缓慢的河流和池塘,所以演化出超级拨水的叶片,减少水在叶面上积聚,水珠流走时亦可带走叶面的污泥或尘埃,以免阻挡阳光及导致叶片腐烂。除了荷叶,蝴蝶的翅膀同样拥有超卓的拨水性,其原理亦涉及凹凸不平的表面结构。蝴蝶翅膀上布满鳞片,而鳞片排列方式以及鳞片表面细至纳米级的结构,让蝴蝶翅膀能够迅速把水滴排走,以免影响飞行,这特性在下雨时尤其重要。

慢镜片段显示水在蝴蝶翅膀上流走的情况
慢镜片段显示水在蝴蝶翅膀上流走的情况

生物为了适应环境,进化出不同的身体结构和能力,这正正成为我们研发新产品的灵感。荷叶效应也被应用在日常的拨水产品上,大家有没有使用过这些产品呢?

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