館長隨筆

國際數學日 (2021年3月14日)   如何保持鮮花長開? (2021年2月28日)   以自然為師：人造荷葉效應 (2021年1月27日)   出淤泥而不染的荷葉 (2020年12月31日)   充滿了科學的愛玉 (2020年11月20日)   膠袋，真的可溶於水? (2020年11月2日)   動物界大聲公（二）：蟬 (2020年10月7日)   動物界大聲公（一）：沼蛙 (2020年10月6日)   閃電的光譜 (2020年9月30日)   綿密泡泡的秘密 (2020年8月18日)   「400次咖啡」的科學 (2020年6月5日)   市區中的樹頭菜花海 (2020年4月9日)   由木棉開始，認識香港樹木 (2020年3月23日)

國際數學日 刊登日期: 2021年3月14日 今天是（3月14日）星期日，大家又可以在繁忙的工作中休息一下。不過今天還有幾重意義，原來今天是國際數學日（International Day of Mathematics），也是愛因斯坦的誕辰，以及霍金逝世的日子。 國際數學日由圓周率日（Pi Day）演變而成，2019年正式由聯合國教科文組織頒布，2020年3月14日慶祝第一屆。 圓周率是一個無窮盡不循環的小數（無理數），在日常應用中，近似值3.1416已足以應付。現時圓周率的最準確値由美國人Timothy Mullicann於2020年發現，一共有50兆位。假如每秒讀一個數位，要大約158萬年才能讀完這個數！ 不如簡簡單單聽聽音樂輕鬆一下。只要將數字0至9變成不同音符（例如0=C；1=D；餘此類推），就可以將圓周率化成一首樂曲（請按此收聽）。讓我們用這首特別的樂曲，來紀念兩位科學界巨人吧。

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如何保持鮮花長開? 刊登日期: 2021年2月28日 在農曆新年等節日，很多人都會在家中擺放鮮花來應節。但鮮花擺放數天就會凋謝，有沒有方法延長擺放鮮花的時間呢？使用市面售賣的專用保鮮劑是否唯一方法呢？原來只要在水中加入某些家居常見的用品，就可以延長鮮花的壽命。 我們先了解一下導致鮮花凋謝的原因： 1. 缺乏水分 - 沒有根部的鮮花吸水能力大幅減弱 - 水中滋生的細菌會導致運送水分至花朵的木質導管阻塞 2. 缺乏養分 3. 植物本身會產生乙烯，加速花朵凋謝 然後，我們用玫瑰花進行測試，看看在水中加入甚麼可以讓鮮花保持盛開（以1公升水為例）： 只用清水，鮮花維持不了幾天便開始凋謝。 效果最佳 加入1茶匙漂白水和1茶匙糖 或 2茶匙白醋和2茶匙糖 醋的酸性有助抑制細菌滋生及促進鮮花的吸水能力，漂白水可殺滅細菌，而糖則為鮮花提供養分。兩種溶液的效果均媲美市面的鮮花保鮮劑，其實鮮花保鮮劑的主要成分正正就是殺菌劑、糖分和酸化劑。 效果不俗 加入1/4罐汽水 酸性的汽水同樣可抑制細菌滋生及促進鮮花的吸水能力，也有糖分供鮮花使用。加入檸檬片或檸檬汁亦有類似效果。 效果不俗 加入2茶匙70%消毒酒精 酒精不單可以殺菌，亦能抑制植物產生乙烯，從而減慢凋謝的速度。但切勿加入過量酒精，否則會殺死植物的細胞。 效果最差 加入2茶匙糖 或 1茶匙鹽 糖分固然可為鮮花提供養分，但同時亦促進水中的細菌滋生。而較高濃度的鹽分雖然可抑制細菌生長，但亦會令花朵脫水。 花朵保鮮測試結果 （按圖放大） 注意：切勿把漂白水與酸性物質(如醋及汽水)或酒精混合，以免產生有害氣體。 頁首

以自然為師：人造荷葉效應 刊登日期: 2021年1月27日 上一篇「館長隨筆」與大家分享了自然界的超級撥水大師─荷葉，原來我們在日常生活中也有應用荷葉效應。近年市面上出現的超級撥水噴劑，令衣物、鞋履及建築材料表面在噴塗後變得像荷葉般撥水及防污。迷宮玩具經過噴塗後，甚至可以用水珠代替彈珠呢！ 超級撥水技術亦可應用在產品容器，大家有否留意一些黏稠的液體如蜜糖、番茄醬等，差不多用完時總有些殘留在瓶底，難以徹底倒出，不單惱人，也會造成浪費。若在容器內壁加上食用級別的超級撥水塗層，再黏稠的液體也能輕易倒出，避免浪費。 最後介紹一個小實驗，讓大家可以動手製造荷葉效應。首先將透明玻璃膠溶於天拿水中，再將棉質布料浸泡於溶液一會，待布料乾透後，就可體驗水珠滾動的效果（注意：小朋友要請大人協助，並在通風的地方進行實驗，不要吸入天拿水揮發出來的氣體或接近火種）。 動手製造荷葉效應 1) 準備材料、用具及棉質布料 2) 將透明玻璃膠加進天拿水 3) 搖動樽身使玻璃膠溶於天拿水中，直至溶液變成乳白色 4) 將棉質布料浸泡於溶液約10分鐘後，取出再等布料乾透 5) 布料變成超級撥水！   頁首

出淤泥而不染的荷葉 刊登日期: 2020年12月31日 影片展示荷葉的超級撥水性 以上的片段展現了荷葉超卓的撥水性，但如果大家曾經觸摸荷葉的表面，就會發覺葉面其實並不算光滑。那為甚麼荷葉的撥水能力比其他植物的葉片更強呢？ 片段中有利用光學顯微鏡拍攝的荷葉表面照片，原來葉面滿佈像「手指頭」的突起物(乳突)，而那些「手指頭」非常微細，直徑大約只有10微米，比頭髮要幼很多。如果用電子顯微鏡再放大觀察，「手指頭」上面還有細至納米級的蠟質小管 (直徑約100 納米)。蠟質屬於疏水性，簡單來說即是不喜歡親近水。 荷葉表面電子顯微鏡影像(圖片鳴謝 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 )   當水接觸到荷葉表面，佈滿疏水性蠟質小管的「手指頭」，以及水的表面張力，不只令水無法滲入「手指頭」之間的微細罅隙，反而會令水聚合成圓渾的水珠。因為水珠和葉面的實際接觸面積非常小，形成較小的黏附力，所以令水好容易流走。水滴在一般紙張上並不會形成圓渾的水珠，而會停留在紙張表面並慢慢滲入紙張。

比較水珠在荷葉及紙張上的形狀

荷花生長於水流緩慢的河流和池塘，所以演化出超級撥水的葉片，減少水在葉面上積聚，水珠流走時亦可帶走葉面的污泥或塵埃，以免阻擋陽光及導致葉片腐爛。除了荷葉，蝴蝶的翅膀同樣擁有超卓的撥水性，其原理亦涉及凹凸不平的表面結構。蝴蝶翅膀上佈滿鱗片，而鱗片排列方式以及鱗片表面細至納米級的結構，讓蝴蝶翅膀能夠迅速把水滴排走，以免影響飛行，這特性在下雨時尤其重要。 慢鏡片段顯示水在蝴蝶翅膀上流走的情況 生物為了適應環境，進化出不同的身體結構和能力，這正正成為我們研發新產品的靈感。荷葉效應也被應用在日常的撥水產品上，大家有沒有使用過這些產品呢? 頁首

充滿了科學的愛玉 刊登日期: 2020年11月20日 不少人都喜歡吃甜品或者飲台式飲料，而口感「Q彈」的愛玉是其中一種相當受歡迎的配料。大家又知不知道愛玉是怎樣製成呢？ 愛玉的原材料來自一種叫愛玉子（或簡稱愛玉）的植物，把這種植物的種子放入網袋裏，在室溫開水中搓揉一會，之後讓水靜置一段時間，就會神奇地變成啫喱狀凝膠。為甚麼製作愛玉不用加熱或冷藏，只需在室溫的水中搓揉種子就大功告成呢？ 原來愛玉種子表層含有豐富果膠和果膠酯酶，在搓洗過程中，兩者會慢慢溶到水中。果膠是長鏈狀的多醣，而果膠酯酶會改變果膠長鏈狀分子結構中某些部分，使果膠能夠連結水中的金屬離子（香港的自來水含有微量鈣離子、鎂離子等金屬離子）產生交聯反應。果膠長鏈與金屬離子如此互相連結，成為猶如海綿狀的網絡，把水分子鎖住，形成凝膠。

上圖解釋了水中的果膠與金屬離子的交聯反應

薜荔果實及內裏的種子

香港也有愛玉的近親，同是榕屬植物的薜（粵音:幣）荔，果實結構跟愛玉的相似，兩者都屬於無花果（隱頭果）。根據一些書籍記載 ，上世紀五十年代以前，香港街邊擺賣的甜品─白涼粉，就是由薜荔製作而成，過程跟製作愛玉差不多。 很多水果包括蘋果、提子等都含有豐富的果膠，而果膠在日常生活中有不少應用，尤其在食物製造業，例如製作果醬和乳酪。果膠甚至會應用於製造乳液、洗頭水等美容及個人護理產品中。所以水果對大家真的很有益處！   愛玉的製作方法 1) 預備愛玉種子及室溫的開水或礦泉水，比例大概1克種子對約50毫升的水。 注意： 蒸餾水並不適用，因為缺乏金屬離子。 雙手及使用的用具不可有油脂，油脂會阻礙果膠與金屬離子連結。 2) 愛玉種子放入布袋，然後於水中輕輕的搓揉10-15分鐘，讓果膠及果膠酯酶慢慢溶到水中。 注意： 搓揉時間不宜超過15分鐘，且力道不宜過大，否則愛玉可能會無法凝固。 3) 搓揉後，水明顯變成淡黃色及較黏結。在室溫下靜置約30-40分鐘，凝固後愛玉就大功告成。 注意： 靜置過程是讓果膠與金屬離子有足夠時間連結起來，所以不要胡亂攪動搓揉後的水 4) 凝固後的愛玉可放置於冰箱儲存。愛玉本身比較淡味，食用時通常會加入調味或配料。 頁首

膠袋，真的可溶於水? 刊登日期: 2020年11月2日 香港每年棄置超過40億個膠袋，數量多得驚人。我們都知道膠袋難以自然分解，會引起不少環境問題，但要於日常生活中做到零膠袋的確比較困難，所以我們首要減少使用和重覆使用膠袋。其次，我們亦可以考慮選用對環境傷害較少的替代品，近年市面上就可找到由聚乙烯醇和澱粉製成的膠袋。 聚乙烯醇是一種水溶性聚合物，所以這種膠袋可溶解於熱水中，再經過微生物降解變成二氧化碳及水。其實有不少產品是由聚乙烯醇製成的，例如近年興起的洗衣液膠囊，外層薄膜同樣由聚乙烯醇製成，所以膠囊會在洗衣過程中溶解。 大家可以在影片中，觀察一下傳統膠袋和聚乙烯醇膠袋在熱水中的分別。 此外，大家做勞作時，經常用到的透明膠水就是聚乙烯醇水溶液。大家不妨試試將膠水倒在一些平面上風乾，檢視一下乾透後薄膜的質感是否跟膠袋相似？

聚乙烯醇水溶液膠水及其乾透後形成的薄膜。

雖然聚乙烯醇膠袋未能成為傳統膠袋的完美替代品，我們可以多了解這類替代品，在日常生活中作出對環境更友善的選擇。不過無論用哪一種膠袋，記得少用、重用，保護地球！ 頁首

動物界大聲公（二）：蟬 刊登日期: 2020年10月7日 談及動物界的大聲公，又怎少得蟬呢？每年的夏季，不論在市區公園或郊外，我們都會聽到響亮的蟬鳴。有些品種的蟬，鳴叫聲更可以超過100分貝，跟電鑽發出的音量不遑多讓。但為甚麼細小的蟬可以成為大聲公呢？首先，只有雄性才能鳴叫，因為牠們要以響亮的鳴叫聲吸引雌性。雄性蟬的腹部有三個專為鳴叫而設的「特殊構造」─ 肌肉、鼓膜和空心的腹腔。相比之下，雌性蟬的腹部結構就簡單得多，看看下圖就可以比較兩者的不同之處。

蟬標本腹部第一節橫切面

雄性蟬其中一個鼓膜位置

雄性蟬腹部內有一對V形肌肉分別連接着身體兩側的鼓膜，像一塊薄膠片的鼓膜會被肌肉拉動而改變形狀，繼而發出聲音。下面的影片就以膠水樽模擬鼓膜發出聲響的原理，但蟬振動鼓膜的速度當然快得多，每秒可以振動接近400次。此外，蟬的腹部跟大部分昆蟲的腹部很不一樣，是空心的，所以鼓膜發出的聲音在腹腔產生共鳴而擴大，原理就像木結他空心的共鳴箱，幫助擴大聲音。 科學家對蟬如何以很少的能量發出巨大聲音很有興趣，並希望掌握蟬的發聲原理，應用在日常生活上，例如改進聲納探測技術等等。你也可以嘗試動手了解蟬的鳴叫原理，例如參考影片試試以膠水樽模擬蟬鳴，又或者嘗試製作共鳴箱來擴大聲音。 影片中模擬了雄性蟬腹部的肌肉如何拉動鼓膜發出聲響 頁首

動物界大聲公（一）：沼蛙 刊登日期: 2020年10月6日 我們人類會透過說話溝通，而動物就以不同的鳴叫方式與同伴溝通。有些體型細小的動物反而能發出響亮的鳴叫聲，可算是動物界裏的「大聲公」，你有遇過這些「大聲公」嗎? 在春、夏季，大家走到溪邊或公園的池塘，就有機會遇到其中一位「大聲公」─ 沼蛙。沼蛙是香港常見蛙類，屬於兩棲類動物，主要生活在溪澗、池塘及水田。 影片：鳴叫中的沼蛙 為甚麼沼蛙要叫得那麼大聲？因為春、夏季就是牠們的繁殖季節，雄性沼蛙要「引吭高歌」才可以吸引異性，有時牠們還要大聲驅趕其他入侵領域的雄性沼蛙。牠們為了要發出充滿雄性魅力的聲音，演化出特別的身體構造。大家可以留意影片中，雄性沼蛙發聲的時候是閉上嘴巴，鼓脹口部下方兩側稱為「鳴囊」的泡泡。 沼蛙發出聲音的過程： 1. 閉上嘴巴，由肺部呼出空氣 2. 呼出的空氣經過喉部令鳴囊充氣，途中振動聲帶發出聲音 3. 聲音透過鼓脹的鳴囊傳開去 因為鳴囊像氣球般具有彈性，所以每一下鳴叫之後，鳴囊會縮回原狀，內裏的空氣就會回流到肺部，這樣沼蛙就可以迅速回氣，像「長氣袋」一樣持續鳴叫。除了有助鳴叫外，脹鼓鼓的鳴囊亦可以增加雄性沼蛙的外在魅力，吸引雌性的目光。 其實在大自然裏，每種蛙類都有獨特的鳴叫聲，所以科學家會把牠們的叫聲錄下來，得出聲學頻譜圖，分析其音頻隨時間的變化，這些資料有助進行生態調查或相關的科學研究。下次聽到蛙類在鳴叫，除了可以靜靜細聽外，也可以利用你的智能電話進行錄音，然後利用一些免費應用程式進行分析，並嘗試和其他聲音對比，說不定會有新發現呢！

沼蛙鳴叫聲的聲學頻譜圖

雄性沼蛙鳴叫時口部下方兩側的鳴囊會脹大

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閃電的光譜 刊登日期: 2020年9月30日 香港的夏季常受雷雨天氣影響，有時一場雷暴可以出現數千次閃電。一道電光足以把整個天空照亮，究竟這些強光蘊藏著甚麼秘密呢？ 對於發光的物體，研究它的光譜是了解它們的好方法。把一小片衍射光柵放在手提電話鏡頭之前進行拍攝，就可以紀錄閃電的光譜。在光譜中，可以看到幾條較為明顯的顏色線，它們是氮離子的發射譜線。原來我們目睹了空氣中的氮，因閃電產生的高溫而被電離的過程。 閃電本來是大氣現象，但原來對生物非常重要。空氣中的氮氣被閃電電離後，會和氧結合成氮氧化物，再經雨水帶進土壤形成硝酸鹽，即肥料的成分。空氣中的氮進入了食物鏈，構成生物體內的蛋白質。（氮氣亦可透過微生物作用變成氨，再被其他生物利用。） 拍攝閃電光譜可以在室內進行，千萬不要在雷暴下走到空曠的地方，免生危險。

圖一. 泡沫泵頭的構造	圖二. 頂部的濾網比底部的更細密
圖三. 泡沫產生的機制
圖四. 一層額外、細密的濾網能產生如忌廉般的泡沫

市區中的樹頭菜花海

樹頭菜花海	樹頭菜的花會由最初的白色漸漸轉成黃色
樹頭菜的每朵花有數十條暗紅色的雄蕊	鶴頂粉蝶的翅膀頂有鮮艷的橙色斑紋

由木棉開始，認識香港樹木

開花中的木棉	帶有棉絮的種子非常輕，可藉由風力傳播到遠處。
木棉花的花蜜是鳥兒們的美食。