莲花效应

莲花效 应主要是指莲叶表面具有超疏水(superhydrophobicity)以及自洁(self-cleaning)的特性。由于莲叶具有疏水、不吸水的表 面，落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠，换言之，水与叶面的接触角(contactangle)会大于150度，只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚 离叶面。因此，即使经过一场倾盆大雨，莲叶的表面总是能保持干燥；此外，滚动的水珠会顺便把一些灰尘污泥的颗粒一起带走，达到自我洁净的效果，这就是莲花总是能一尘不染的原因。

荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自然环境中很容易吸附水分或污渍。而荷叶叶面都具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，用传统的化学分子极性理论来解释，不仅解释不通，恰恰是相反。从机械学的光洁度（粗糙度）角度来解释也不行，因为它的表面光洁度根本达不到机械学意义上的光洁度（粗糙度），用手触摸就可以感到它的粗糙程度。

接触角表示某种液体对于某种材料或者表面的润湿性能。当接触角很小时，如水滴在玻璃基板上的情形，表示 液体易湿润固体表面。但是如果接触角像水银液滴在玻璃基板上那么大，代表液体不易湿润此表面。因此我们考虑２种极端现象：当接触角为０度时，表示液体能完 全的湿润固体表面；当接触角为180度时，代表液体完全不能湿润固体表面。

经过两位德国科学家的长期观察研究，即上世纪九十年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。在 超高分辨率显微镜下可以清晰看到，荷叶表面上有许多微小的乳突乳突的平均大小约为10微米，平均间距约12微米。而每个乳突有许多直径为200纳米左右的 突起组成的。在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”，它上面长满绒毛，在“山包”顶又长出一个馒头状的“碉堡”凸顶。因此，在“山包”间的凹陷部 份充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，隔着一层极薄的空 气，只能同叶面上“山包”的凸顶形成几个点接触。雨点在自身的表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这就是“莲花效应”能自洁叶面 的奥妙所在。

研究表明，这种具有自洁效应的表面超微纳米结构形貌，不仅存在于荷叶中，也普遍存在于其它植物中。某些动物的皮毛中也存在这种结构。其实植物叶面的这 种复杂的超微纳米结构，不仅有利于自洁，还有利于防止对大量漂浮在大气中的各种有害的细菌和真菌对植物的侵害。另外，更重要的是，为了提高叶面吸收阳光的 效率，进而提高叶面叶绿体的光合作用。

现在我们回到莲叶的接触角，水滴在莲叶上的表面接触角很大时，这代表莲叶与空气间的接口张力很低，小水滴不容易湿润莲花表面．

莲叶表面的化学组成为腊。一般而言，水在一般的腊上接触角为110度，但是水在莲花的接触角却大于140度，所以除了腊之外，可能还有其它因素使水在莲叶上的接触角大于140度。那到底还有什么因素呢？

其实莲花表面上有类似纤维的奈米结构。通常表面变得粗糙，会使水分叶面的接触角变大。由于莲叶的表面为腊的疏水性结构，接触角原本大于90度，再加上粗糙面使水在叶面上的接触角变为大于140度，水滴很难留在其上。
莲花效应实质为既疏水也疏油的超双疏效应