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。
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。
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。
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。
某些树叶表面,雨滴与叶子表面接触示意图。
沾水的叶子。
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。
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。
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。
水黾能在水面上支撑15倍自身体重的重量。
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。
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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