荷葉效應

(重定向自荷叶效应

蓮花效應(英語:lotus effect),也称作荷叶效应,是指蓮葉表面具有超疏水性以及自潔英语Self-cleaning surfaces(self-cleaning)的特性。蓮葉表面疏水,落在葉面的雨水會因表面張力形成水珠,使水與葉面的接觸角大於150度,只要葉面稍微傾斜,水珠就會滾離葉面,並且可以帶走灰塵和污泥,達到自我潔淨的效果。

水在蓮葉表面的樣子
水在蓮葉表面的動畫圖

原理及證明编辑

西元1997年,德國波昂大學植物學家威廉·巴斯洛德(Wilhelm Barthlott),創造蓮葉效應(Lotus effect)一詞的人[1][2],以人造灰塵粒子汙染赫蕉倪藤玉蘭林山毛櫸蓮花甘藍、及須菊木屬的Mutisia decurrens等八種植物,再以人造雨清洗兩分鐘,最後傾斜葉面15度讓雨珠滑落,並觀察葉面表面灰塵殘留的狀況。結果顯示,前四種葉片的灰塵殘留率超過40%,而後四種植物的灰塵殘留率比例皆小於5%。將以上八種植物以水在其葉面上做接觸角之分析實驗,可發現結果分為兩項區域,其中前四種植物的接觸角介於28~72度角之間;而後四種植物接觸角介於130~160度角之間。當接觸角為0時,代表液體可完全潤濕物體表面,而當接觸角為180時,代表液體完全無法潤濕物體表面。[2]

以蓮葉為例,蓮葉表面佈滿5~15微米的突起表皮細胞,上面覆蓋直徑約100奈米,由組成的結晶[3],及約100~200奈米的纖毛[1][3]。由掃描式電子顯微鏡觀察上面8種植物,可以看到接觸角小於100度的植物,表面較為平坦;而接觸角大於130度的植物葉片,上面除了有大的突起,也有一些類似纖毛的結構,約為100至200奈米左右。另外,須菊木屬的Mutisia decurrens葉面上並沒有纖毛結構,但表面較為粗糙[2]

例子编辑

蓮花、芋、甘藍、須菊木屬的Mutisia decurrens[2]艷紫荊變葉木等植物的葉片[4],及閃蝶屬的翅膀。[5]

應用编辑

一些奈米科技學家正在開發一些方法,使塗料、屋瓦、紡織品和其它表面可保持乾燥和乾淨,就如蓮葉表面的方式相似。通常使用氟化物處理表面而達到此效果;利用葡萄糖蔗糖化合成聚乙二醇亦可達到此效果。有自潔效應的新塗料,目前已被發展,甚至有自潔功能的玻璃板也已經進入市場,使用於溫室的屋頂等。

參考文獻编辑

  1. ^ 1.0 1.1 蓮葉效應的原理. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 徐世昌. 蓮花的自潔功能與奈米科技的應用. 科技大觀園. 國家科學及技術委員會. 
  3. ^ 3.0 3.1 一抹奈米防汙塗料,不用清潔劑,玻璃也能亮晶晶. 泛科學. 
  4. ^ 施靜慧. 「蓮」「環」密碼—環境因子對蓮花效應的影響 (PDF). 
  5. ^ 陳致遠、李旺龍. [474.pdf 蝴蝶翅膀自我清潔:閃蝶屬] (PDF).