相信 , 很多人看到荷叶的时候都会生出一连串疑问:
为什么水滴可以在荷叶上随意滚动?
为什么荷叶不沾水?
为什么荷叶总是那么洁净 , 出淤泥而不染?
这一切 , 得从荷叶表面的微米结构和纳米结构找原因 。
【荷叶为什么不沾水?水上漂又是怎么回事?】
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电子显微镜下 , 荷叶或者说莲叶的表面是这样的结构 。
肉眼看去 , 荷叶非常光滑 , 然而 , 实际上荷叶表面有很多像微小的高楼一样的突起 , 而每一个突起上又有很多纳米级的绒毛 。当一滴雨水落在荷叶表面时 , 因为荷叶上有无数的小突起 , 所以 , 雨滴是被那些小突起顶起来的 。
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这就是说 , 雨滴与荷叶的实际接触面积很小 , 只有大约百分之一的面积跟荷叶接触 , 这样的话 , 雨滴还能保持球形 , 而球形是能滚动的 。
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而别的叶子 , 比如树叶 , 因为不具有荷叶这样的结构 , 所以雨滴与叶子的接触面积很大 , 雨滴不能保持球形 , 从而不能滚动 , 所以比较沾水 。
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某些树叶表面 , 雨滴与叶子表面接触示意图 。
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沾水的叶子 。
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图为荷叶表面的微观结构 。
同理 , 如果尘埃掉在荷叶上 , 尘埃也是被无数的小突起顶起来的 。
当下雨时 , 尘埃非常容易被雨水带走 , 这就是荷叶‘出淤泥而不染 , 濯清涟而不妖’常年保持洁净的原因 。
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水珠在荷叶上滚动时 , 会带走荷叶上的尘埃和其他杂质 , 模拟图 。
研究这些并不是没什么用 , 人类向荷叶学习 , 造出了很多不沾水的防水布料和能常年保持洁净的玻璃等物品 。
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模仿荷叶 , 做出的不沾水布料 。
除了植物界比如荷叶有这种不沾水的功夫 , 动物界也有很多 , 比如外号“水上漂”和“水上溜冰者”的水黾 , 就是其中的佼佼者 。
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水黾能在水面上支撑15倍自身体重的重量 。
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水面对于水黾来说 , 简直就是一马平川的“大平原” , 水黾能在水面上自由自在的行走、飞跑 , 而不必担心落入水中 。这是为什么呢?以前人们认为 , 这只是因为水的表面张力 。但后来科学家发现 , 水黾每只腿上有数千根微米尺寸的刚毛 , 而每一根刚毛的表面上 , 又有螺旋状纳米结构的沟槽 , 沟槽中吸附大量的空气从而形成气垫 , 这些气垫就是水黾能在水面上自由滑行的原因 。
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电子显微镜下水黾腿的照片 , 左图是无数细长的微刚毛 。右图是单根刚毛上螺旋状的纳米凹槽结构 。
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