荷葉效應

lotus effect

定義：荷葉表面由於其微米和奈米複合結構的乳突與表面疏水蠟質之間的協同作用產生的自清潔現象。

學科：生物物理學_奈米生物學_奈米仿生學

相關名詞：荷葉 奈米仿生學 仿生礦化 奈米酶

【延伸閱讀】

自古以來，荷花因其所象徵的“不與世俗同流合汙”的高潔品格而備受文人墨客的推崇，北宋理學家周敦頤的名句“予獨愛蓮之出淤泥而不染，濯清漣而不妖”更是與荷花一樣流芳百世。荷花和荷葉“不染汙泥，不沾水漬”的特徵，即自清潔效應，被科學家發現，定名為“荷葉效應”。

1997年，德國植物學家威廉·巴特洛特揭示了荷葉自清潔效應背後的機理。他在觀察植物葉面時發現，荷葉表面均勻分佈著5~10μm的乳突結構，這些凸起表面又包裹著一層生物蠟。而在後續實驗中，他用人造灰塵將荷葉表面弄髒，再用人造雨水沖洗，之後將荷葉稍微傾斜使雨水自然滑落，結果發現荷葉表面的汙染物殘留不足5%，顯示出優異的自清潔效能。他認為荷葉的這種自清潔效能應歸功於其表面微結構與生物蠟的協同作用。此後，中國科學院院士江雷等人進一步觀察發現，在這些微米級的乳突之上還分佈著大量奈米級的顆粒結構。這些微米和奈米結構使得荷葉表面對水有極大的接觸角和很小的滾動角，是一種超疏水錶面，因此水滴能很快地自然滑落，同時帶走荷葉表面的灰塵汙物，起到清潔的作用。總而言之，荷葉效應就是荷葉表面由於其微米和奈米複合結構的乳突與表面疏水蠟質之間的協同作用而產生的自清潔現象。

荷葉進化出如此複雜的表面微納結構，其生物學意義首先在於防止微生物、真菌和藻類等的生長繁殖，其次在於防止表面汙染，減少汙染物對葉片光合作用和開關氣孔的阻礙。這種由表面微納結構產生的自清潔能力在動物中也同樣存在，比如蝴蝶和蟬的翅膀。

透過模仿荷葉表面的微納結構，人們可以製備多種材料的超疏水自清潔表面，在塗料和紡織領域都有應用，如外牆乳膠漆、衛生間防水漆、防水防汙的織物等，都是利用了荷葉效應。