荷叶效应与纳米涂层Comments
荷叶拒水拒油原理
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防水防油防污纺织材料
一、荷叶效应 荷叶的“自洁性”源于其表面的微细结构，荷叶表面有许多乳头状凸起,凸起部分 的高度为 5～10μm,凸起之间的间隙为 10～15μm， 乳头状的表面又被许多直径为 1nm 蜡质晶体所覆盖。
图 1 荷叶表面结构 在这些微小的凹凸之间，储存着大量的空气。当水滴落到荷叶上时，由于空气层、 乳头状突起和蜡质层的共同托持作用，使得水滴不能渗透，而能自由滚动。
图 2 荷叶自洁原理示意图 通过上面的荷叶效应可知，材料表面拒水必须具备以下条件： 1) 水在其表面接触角大于 90； 2) 材料表面必须是粗糙的，而且粗糙程度必须是纳米水平或接近纳米水平。 二、拒水拒油整理原理 拒水、拒油和易去污整理的本质是在织物表面施加一层特殊结构的物质，使其由高 能表面变为低能表面，以此获得具有拒水、拒油、易去污效果的织物，且表面能愈小效 果愈好。一般“三防”整理是通过控制表面粗糙度与降低表面能，使其与水或油的接触角 高于 120º ，来达到拒水拒油的效果。 1、接触角 液滴在固体表面上的接触角主要决定于固体和液体表面能， 以及液体与固体的界面
图 3 接触角定义 当液滴落在织物表面上时，只会出现两种情况： 1) 当接触角小于 90º 时，液滴开始呈图 3(b)的形状，但在极短的时问后，液滴就会向四 周扩散并渗入织物中。 2) 当接触角大于 90º 时，液滴呈图 3(c)的形状。接触角越大，保持的时间越长。织物倾 斜时，液滴会滚落。 2、润湿方程 拒水、拒油的条件是固体界面张力必须小于液体的表面张力 3、粘附功和内聚功 确定固体表面能比较难，所以由表面能判断是否润湿也不太容易。然而，接触角和 液体的表面张力是较易测定的。而通过物体的表面张力，容易得到液、固接触时的接触 角，从而确定是否润湿。θ 越小，固体容易被液滴润湿，反之，固体就有不同程度的抗 湿性能。 若要水或油滴在固体表面成珠状，则必须使固体界面张力小于液滴的界面张力。 4、临界表面张力 固体的界面张力一般都用外推法间接测定， 这种方法测定的固体的界面张力称为固 体的临界表面张力 γc。表面张力低于固体的 γc 的液体，能在该固体表面随意铺展和润 湿，而表面张力高于固体 γc 的液体，则在固体表面形成不连续的液滴，其接触角大于
荷叶不沾水的原理及应用
荷叶不沾水的原理及应用原理•表面纳米结构–荷叶表面覆盖着微观的纳米结构，这些纳米结构由特殊的蜡质组成，使得水滴无法在荷叶上扩散，而是形成球状滚落，从而实现不沾水的效果。
–这些表面纳米结构的特殊形状和排列方式，使得荷叶表面具有较大的接触角，即水滴与荷叶表面的接触角接近于180度，导致水滴无法附着在荷叶上。
•自洁效应–荷叶表面纳米结构具有自洁效应，当水滴滚落过程中带走了表面上的污染物，使得荷叶保持干净。
•表面张力调控–荷叶表面纳米结构还能调控水滴的表面张力，使得水滴更容易形成球状，从而更容易滚落。
应用•自清洁材料–受到荷叶原理的启发，科学家们在材料表面设计制造了类似的纳米结构，用于制造自清洁材料。
这些材料能够有效抵抗污染物的附着，自动清洁表面，可应用于建筑材料、家具、汽车等领域。
•防水涂层–利用荷叶不沾水的原理和纳米结构，人们开发了一种特殊的防水涂层。
这种涂层能够在表面形成纳米结构，防水性能优异，具有很好的抗水侵蚀和耐用性，可广泛应用于户外装备、纺织品、建筑材料等领域。
•微流控技术–荷叶的不沾水性质也被用于微流控技术中。
当将液滴放置在微流控芯片上时，荷叶式的不沾水性质可以使得液滴在芯片上自由滚动而不附着，并且液滴可以通过精确控制芯片表面的纳米结构来实现液滴的运动控制和分离。
•抗冰涂层–荷叶不沾水的原理也被应用于抗冰涂层的制备。
通过在物体表面构造类似于荷叶的纳米结构，可以使得水滴无法附着在物体表面形成冰层，从而实现抗冰效果。
这种抗冰涂层可广泛应用于飞机、输电线路、建筑物、桥梁等领域。
•高效蒸发器–荷叶不沾水的原理被应用于高效蒸发器的设计。
通过模仿荷叶表面的纳米结构，可以使得液体在蒸发过程中形成球状滚动，提高液体表面的有效蒸发面积，从而提高蒸发效率。
这种高效蒸发器可用于太阳能蒸馏、空调系统等领域。
总结荷叶不沾水的原理主要是通过表面纳米结构和蜡质覆盖层的相互作用而实现的。
这种原理被广泛应用于自清洁材料、防水涂层、微流控技术、抗冰涂层和高效蒸发器等领域。
对荷叶效应的解读
对荷叶效应的解读对荷叶效应的解读荷叶效应（Lotus Effect）是受到荷叶表面特性启发而得名的一种物理现象，它揭示了荷叶为何具有自清洁特性。
荷叶表面覆盖着微细的刺状结构和纳米级的蜡状颗粒，使得水滴在表面上呈现球状，从而迅速滚落并带走污垢。
这种效应已经在各种领域得到广泛的应用，包括建筑、纺织、汽车、医疗等，它不仅能减少污垢的附着，还能保护物体表面免受腐蚀和损伤。
本文将从深度和广度的角度对荷叶效应进行评估，探讨其原理、应用和前景。
我们将介绍荷叶效应的基本原理，解释荷叶表面纳米结构和蜡状颗粒对液滴行为的影响。
我们将探讨荷叶效应在不同领域的应用，包括建筑材料、纺织品、汽车涂层和医疗器械等。
我们将分析荷叶效应在环境保护和能源领域的潜力，讨论其可持续性和商业化前景。
我们将对荷叶效应的局限性和未来研究方向进行总结和展望。
一、荷叶效应的原理荷叶表面的特殊纳米结构是荷叶效应的关键。
这种纳米结构由微细的刺状结构和纳米级的蜡状颗粒组成，使得水滴在表面上呈现球状，而不容易附着和渗透。
微细的刺状结构增加了表面的粗糙度，减少了接触面积，从而阻碍了污物或液滴在表面上的附着。
纳米级的蜡状颗粒形成了一层保护膜，使得水滴无法渗入表面，形成了所谓的“莲花叶效应”。
二、荷叶效应的应用荷叶效应的应用广泛涉及各个行业。
在建筑领域，研究人员已经成功地开发出具有自清洁功能的建筑材料，比如自洁玻璃和自洁涂料，可以减少外墙和窗户表面的污染和清洁频率。
在纺织领域，利用荷叶效应可以制造防水和防污的面料，用于户外运动服装和家居纺织品。
在汽车领域，应用荷叶效应的车身涂层能够抵御雨水和污垢，减少洗车的频率和对环境的污染。
在医疗器械领域，荷叶效应可以用于减少细菌和病毒在表面上的附着，提高器械的杀菌性能。
三、荷叶效应的前景荷叶效应在环境保护和能源领域具有巨大的潜力。
通过应用荷叶效应的材料和涂层，可以减少水资源的浪费和化学清洁剂的使用，降低对环境的污染。
荷叶效应还可以改善太阳能电池板和风力发电叶片的清洁效率，提高能源利用效率。
图解：纳米超疏水自清洁表面的应用
图解：纳米超疏水自清洁表面的应用自然界的超疏水现象“荷叶表面具有极强的疏水性，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，这就是著名的“荷叶自洁效应”「见下图1」。
▲图1自然界的荷叶疏水表面现象科学家发现，荷叶表面具有微米级的乳突，乳突上乳突上有纳米级的蜡晶物质，这种微-纳米级的粗糙结构可以大幅度提高水滴在其上的接触角，导致水滴极易滚落「见下图2」。
▲图2荷叶表面微观结构水滴在超疏水表面上的运动是一个复杂的物理现象，在自清洁过程中起到了一个至关重要的作用：水滴在表面滚动时会带走表面的污染物或灰尘，从而达到自清洁的效果「见下图3」。
▲图3超疏水表面自清洁原理示意图当然这些现在也存在于很多其他生物身上「见下图4」；科学家们研究这些生物及模仿这些生物现象，制备出了许多超疏水产品并得到了许多的应用（详见后文介绍）。
▲图4自然界中具有超疏水性的动植物及其扫描电子显微镜(SEM)图(a,b)荷叶;(c,d)水稻叶;(e,f)水黾腿[3];(g,h)孔雀羽毛[5,6];(i,j)壁虎脚掌[7];(k,l)蝉翼[9];(m,n)蝴蝶翅膀[10];(o,p)蚊子复眼[13]下文将为大家简单介绍超疏水自清洁的原理及一些超疏水表面的应用例子。
1、超疏水表面自清洁原理自清洁表面指表面的污染物或灰尘能在重力或雨水、风力等外力作用下自动脱落或被降解的一种表面，基于超疏水原理的自清洁表面主要是指接触角CA150°、滚动角SA＜10°的类荷叶表面「见下图5（d）」。
▲图5不同表面水滴接触界面状态2、常见超疏水表面制备现状人工制备超疏水表面虽然时间不长，但发展特别迅速，有效的制备方法也越来越多，主要有模板法、静电纺丝法、相分离与自组装法、溶胶-凝胶法、刻蚀法、水热法、化学沉积与电沉积法、纳米二氧化硅法、腐蚀法等。
目前人工超疏水表面主要包括超疏水薄膜表面、超疏水涂层表面、超疏水金属表面及超疏水织物等方面。
研究人员开发纳米颗粒涂层 重建“荷叶效果”
矿 列入 资 源综 合利用 产 品和 原料 目录 ，对生 产企 业使 用锡 纤 维研 究和创 新 中心 的研 究人 员报 告 ，这 种分 层 的面料 不
尾 矿 和低 品位 共伴生 矿生 产产 品 缴纳 的增值 税实 行优 惠政 但 能有 效抗污 ，而 且持久 性更 强 。
策 。同时 ， 将相 关优惠政 策延伸 到综合 利用产业 链上 的相关
利 用产业 发展 。
上 表示 ， 国家转变 生产方 式、产 业升级 的要 求下 ，协会 今 在
年 已着 手 进 行 铜 加 工 和 铝 加 工 行 业 的调 研 工 作 ，拟 定 两 个
行业 的准入条 件 。
马 世 光 表 示 ， 中 国 是 铝 加 工 大 国 ，单 吨 能 耗 也 应 追 赶
度 很 大 、加 工 环 节 成 本 较 高 等 问 题 ，导 致 企 业 负 担 过 重 。为
此 ， 社会效 益和环 境效益 的角度 ， 综合利 用锡尾矿 和低 效果 ” 从 对 。该技术 可 以应用 于普通 的衣服 ，它 的生 产对于 医疗
品 位 共 伴 生 矿 生 产 的 企 业 ，建 议 将 锡 尾 矿 和 低 品 位 共 伴 生 用 途抗 菌涂料 和 衣服都 非 常有 用 。据澳大 利 亚大学 的 未来
吴建 明为此提 出如 下建议 ：
有色加工协会拟定铜铝 加工行业准入条件
中国有 色金属 加工 工业 协会常 务 副理事 长兼秘 书长马
世光在 ５ １ 月 ０日下 午 召 开 的 ２ ｌ 铜 加 工 产 品 及 装 备 对 接 会 ０２
关于产 业政 策和 行业 准入条 件 。锡尾 矿和 低 品位共伴 生矿 与原生矿 产资源相 比较 ， 一个很 大的特 点 ， 有 就是 品位 低 、成分复 杂 、处理量 很大而 产品数量 却 比较 小 ，不宜套 用 原生 矿产 资源 的产 能规 模 和技 术经济 指标 ，应 该从 实 际出 发 ，实行差 别化 的政策 。因此 ， 锡尾矿和 低 品位 共伴生矿 对 综合 利用项 目， 在产业 政策及行 业准入 条件上 ， 议调 整并 建 制 定专 门的行 业准 则和政策 、技术 门槛 ， 试行符合 实情 的产 业政 策及 准入 条件 ，有利 于锡 尾矿 和低 品位共 伴 生矿 综合
荷叶效应引起的的超疏水表面研究
超疏水应用研究
油中试验过程。污垢分别使用公园里旳土壤（Soil）和室内 旳灰尘（Dust）充当，油选用十六烷（Hexadecane）和食用 油（Cooking oil）。经过疏水涂料处理旳表面被部分浸润 在油中，界面处撒有污垢。之后，研究者向表面滴水（为了 便于辨别，水被事先染成蓝色），以清除表面上旳旳污垢。 以上试验体现了疏水疏油超双疏表面，这个想法来自于疏水 材料旳一点拓展，是根据猪笼草旳自清洁效应来旳，属于仿 生研究，能够到达除油旳效果。
超疏水应用研究——超疏液制备
先在Si或是光刻胶基底上采用微机电系统（MEMS）工艺加工 出规则、精确旳“T”型微构造，然后浇注弹性体材料如聚 二甲基硅氧烷（PDMS），得到倒“T”型构造旳PDMS软印章， 将多种可固化材料制成溶液浇筑到PDMS印章上并脱模，最终 在成型旳T型微构造上做低表面能修饰，就能够得到性能优 异旳超疏液表面。
对于需要预防结冰旳表面，这种现象看起来是个好消息。但 是，德国马普所旳福尔默（Vollmer）教授指出，尽管这一 系列工作很酷炫，但怎样应用它还是个难题。尤其在户外旳 开放环境下，依托降低气压来预防结冰极难操作。
超疏水应用研究
了解了超疏水原理和某些有趣旳现象，那么在实际应用中究 竟有那些材料利用了这些原理呢？
荷叶表面粗糙旳微观构造
超疏水研究——水滴玩蹦床
在荷叶表面，圆圆旳水滴滚落，不会润湿表面，而假如是 水滴从高处滴落到超疏水表面上，它们甚至还能弹跳起来。 但是，假如是原本静止旳水滴，有无方法能让它自己“蹦起 来”呢？近来，瑞士苏黎世理工大学布里卡克斯 （Poulikakos）教授旳课题组就让疏水表面上旳水滴自发地 弹跳了起来，这一发觉于2023年11月4日刊登在了《自然》 （Nature）期刊上。
荷叶效应原理介绍与应用
仿生荷叶材料1120125123 谢先格20世纪70年代，波恩大学的植物学家巴特洛特在研究植物叶子表面时发现，光滑的叶子表面有灰尘，要先清洗才能在显微镜下观察，而莲叶等可以防水的叶子表面却总是干干净净。
他们发现，莲叶表面的特殊结构有自我清洁功能。
莲花出污泥而不染，自古以来就被人们认为是纯洁的象征，所以这一自我清洁功能又被称为“荷叶效应”。
一、基本概念及原理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-、氨基NH-等极性基团，在自然环境中应该很容易吸附水分或污渍。
但荷叶叶面却呈现具有极强的拒水性，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，这就是著名的"荷叶自洁效应"。
通过扫描电子显微镜图像，可以清晰地看到，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。
荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”（每两个小山包之间的距离约为20－40μm）在山包上面长满了绒毛，在山包顶又长出了一个个馒头状的“碉堡”凸顶。
整个表面被微小的蜡晶所覆盖（大约200nm－2μm）。
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，由于空气层、“山包”状突起和蜡质层的共同托持作用，使得水滴不能渗透，而能自由滚动。
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"荷叶效应"的奧妙所在。
二、使用领域模仿莲叶自洁的功能，可以使用于表面纳米结构的技术，可开发出自洁、抗污的纳米涂料。
有些纳米涂料里渗有二氧化钛的物质。
将二氧化钛等纳米微粒加到衣服的纤维里头可使普通的衣服化身为可防震、除臭、杀菌，最重要的是自洁。
荷花效应
荷花效应目录[隐藏]荷花效应概述荷花效应原理荷花效应前景荷花效应应用荷花效应乳胶漆荷花的其它神奇现象[编辑本段]荷花效应概述荷花何以出淤泥而不染？是因为它的表面十分光滑，污垢难以停留？不是。
科学家用扫描电子显微镜观察，发现荷花的花瓣表面像毛玻璃一样毛糙，尽是20微米大小的“疙瘩”。
这一被称为“荷花效应”的发现给人意外的启示。
它启发人们去研制涂料和油漆，使墙面像荷花一样不受污染，永葆鲜艳色彩。
荷花效应也叫作自清洁效应，可以应用到很多地方。
最主要的就是一个是应用在织物上面，比如说防水，防油的领带，还有鄂尔多斯防水防油的羊绒衫。
还有一个就是自清洁的玻璃。
如果我们将这种原理，运用到汽车的烤漆、建筑物的外墙、或是玻璃上，不但随时可以保持物体表面的清洁，也减少了洗涤剂对环境的污染，可以说既安全又省力。
[编辑本段]荷花效应原理上个世纪七十年代，德国植物学分类的科学家——威廉·巴特洛特，他和同事在试验中，偶然发现了一个有反常规的现象。
按惯例，实验用的植物都要被清洗干净的，可是他们注意到：通常只有那些表面光滑的叶子才需要清洗，而看起来粗糙的叶子，往往很干净。
尤其是荷叶，它的表面不但不带灰尘，而且连水都不粘。
荷花的生长少不了淤泥的，因为它提供了非常丰富的腐殖质，供荷花的生长所需。
可是破水而出的荷叶上，不但淤泥、灰尘不粘，就连水滴也很难在上面安安稳稳地呆上一会儿，仿佛自己就能把叶片打扫得干干净净的。
自古就有这么一说，就是因为当水珠落在荷叶上的时候，它由于表面那个，就是表面张力的作用，那么水珠会变成，就是球状，或者是近似球状的，然后呢，它会滚离荷叶表面，然后就是带走荷叶上面的一些污浊的物质。
其实这出淤泥而不染，主要说的就是荷叶。
那么为什么它会有自清洁的特性呢？最开始人们认为是荷叶上那层白色的蜡质结晶决定的。
它表面就是有一层蜡质的物质，咱们用眼睛就可以直接看到，而用手也能感受到。
您可以用手摸一下，它有一种粗糙的感觉。
具有“荷叶效应”的外墙自洁性涂料
具有“荷叶效应”的外墙自洁性涂料Sto-Lotusan荷花王®硅树脂外墙涂料是一种独特的外墙涂料，适用于砖石、水泥等常见矿物质基层以及建筑物翻新。
由于水和灰尘难以亲和于该涂层表面，因此，每次下雨后外墙面总会变得干干净净，被称为具有“荷叶效应”的外墙仿生涂料。
“荷叶效应” (Lotus-Effekt) 是由德国波恩大学教授Wilhelm Barthlott博士发现的，这项由德国环保基金会资助的生物学研究成果曾引起了世界范围的轰动。
为此，Wilhelm Barthlott博士在1997年被授予Karl Heinz Beckurts奖，1999年获得Philip Morris研究奖和德国环保奖。
Wilhelm Barthlott博士一直以应用角度来从事他的技术发明，他的这项研究成果被Sto成功的移置到硅树脂外墙涂层上，由此开发的Sto Lotusan荷花王硅树脂外墙涂料，其表面微观结构如同荷叶一样，其结果是：被涂墙面能保持长久的干燥和清洁。
荷花王®硅树脂外墙涂料的特点：1、独特的微结构荷花王®硅树脂外墙涂料能自洁的秘密在于其独特的、具有专利的表面微结构，这种微结构能在荷花叶子上找到，并被Sto成功移植在硅树脂外墙涂料上。
如图：这是在7000倍显微镜下观察到的荷叶和荷花王涂料表面结构。
荷叶表面结构荷花王涂料表面结构2、能保持外墙面历久长新荷花王®硅树脂外墙涂料具有独特的表面微结构使得灰尘不能牢固附着其表面，加之超强的憎水性，所以只要下雨，这些浮在表面的灰尘就会不断被滚落的水珠带走，从而使墙面干净如初。
普通涂料荷花王涂料3、最佳的天然保护外墙若受霉菌或苔藓侵害不但会影响美观，而且还会影响到建筑物的使用寿命。
霉菌、苔藓需要水和污垢才能滋生和蔓延，荷花王®硅树脂外墙涂料表面能长时间保持干燥和清洁，完全消除了微生物的生长条件，因此对建筑物有着绝佳的天然保护功能。
荷叶效应ppt
仿 生 荷 叶
4、荷叶玻璃
纳米荷叶玻璃看上去洁净、透明，与普通玻璃并无二致，但它的 安全性、自洁性、憎水性却是普通玻璃所无法比拟的。它的与众 脏物不会粘贴在表面，甚至是像蜂蜜、油等球形的粘稠 不同就在于那层高科技含量的“外衣”—纳米膜。这层膜使玻璃 液体滴在此种玻璃上，也会自动滚落或者可以用一点点水把它 宛如一张透明的荷叶，水滴其上，恰似雨打荷叶，瞬间滚落，不 清洗掉。这种玻璃的的用途非常广泛，因为易于清洗而且很容 留踪迹。 易干。可以用在建筑玻璃屋顶，生物技术，汽车的前玻璃窗， 荷叶玻璃这项技术基于自组织软涂层，在工业生产中被称为涂层 能量及环境工程以及其它的自动化应用领域中。 玻璃。此种玻璃是超拒水和自清洁的，具有相当好的物理化学稳 定性。涂层应是透明的，不透光的或是无色的。自组织软涂层具 有制造与荷叶类似表面的所有的成分，包括功能性涂料，微粒， 粘合剂以及运输媒质。可以应用我们早已熟知的技术，比如说用 屏幕或罗拉印刷技术，电子釉光技术和喷雾等。
仿 生 荷 叶
1、荷叶效应乳胶漆 • 荷叶效应乳胶漆就是能保持外墙面干燥清 洁的一种建筑涂料，它是仿生学在建筑涂 料中应用的一个例子。 • 这种荷叶效应乳胶漆采用具有持久憎水性 的少乳化剂有机硅乳液等一些专门物质， 并形成一个纳米级显微结构，从而使其涂 膜具有类似荷花叶子的表面结构，达到拒 水保洁功能。
仿 生 荷 叶
通过扫描电子显微镜图像，可以清晰地看到，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。荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起 的“小山包”（每两个小山包之间的距离约为20 －40μm）在山包上面长满了绒毛，在山包顶又 长出了一个个馒头状的“碉堡”凸顶。整个表面 被微小的蜡晶所覆盖（大约200nm－2μm）。
仿 生 荷 叶
荷叶效应
近30多年来,德国科学家通过扫描电镜和原子力显微镜对荷叶等2万种植物的叶面微观结构进行观察，揭示了荷叶拒水自洁的原理,并申请了专利。
根据荷叶效应(Lotus-effect)原理，德国科学家已经研制成功具有拒水自洁的建筑物表面涂料，而且从1999年开始上市销售。
具有同样性能的屋瓦也于2000年底上市销售。
具有荷叶效应的服装也正在研制中[1]。
由于荷叶效应具有广阔的应用前景,并具有很高的商业价值，所以关键技术和原理都申请了专利，并严格保密。
本文就荷叶效应的原理进行比较深入的研究,并探讨其在拒水织物上的应用。
1. 荷叶表面特性荷叶的表面具有双微观结构，一方面是由细胞组成的乳瘤形成的表面微观结构；另一方面是由表面蜡晶体形成的毛茸纳米结构。
乳瘤的直径为5～ 15μm,高度为1～ 20μm [2]。
荷叶效应的秘密主要在于它的微观结构和纳米结构，而不在于它的化学成分。
Holloway 于1994年对荷叶等植物的表面化学成分进行了分析。
所有植物表面都有一层表皮，表皮将植物与周围环境隔开。
所有植物的表皮主要成分都是埋置于多元酯母体内的可溶性油脂，因此,植物的表皮都具有一定的拒水性。
经过对2万种植物表面进行分析后发现，具有光滑表面的植物都没有拒水自洁的功能，而具有粗糙表面的植物，都有一定的拒水作用。
在所有的植物中，荷叶的拒水自洁作用最强,水在其表面的接触角达到160.4°。
除了荷叶外，芋头叶和大头菜叶的拒水自洁作用也很强，水在其上的接触角分别达到160.3°和159.7°[3]。
2. 荷叶效应的物理基础2.1 接触角与液滴形状的描述接触角是指水滴在与固体接触时，接触处的切线与固体表面所成的角，如图3所示当这个接触角不小于 150°时，该固体表面可以认为是超疏水表面，见图（4）固体表面的液滴形状可以用 Young -Laplace 公式描述: 1211γ⎛⎫∆=+ ⎪⎝⎭p R R (1)式( 1) 中∆p 是液滴表面的压强，γ为水的表面张力，1R 和2R 为液滴某一点的两个主曲率半径． 对于轴对称液滴，只需取出液滴沿固体平面垂直轴的一个截面进行研究． 重力场中的液滴表面某一点的压强差由由两部分组成: 一部分是高为1z 处（P 点）液体的压强()1∆=∆z p p gz ，∆p 为液面两相的密度差；另一部分式液滴顶部（图3中O 点）的压强0∆p 。
荷叶效应——超疏水性原理
荷叶效应——超疏⽔性原理荷叶效应——超疏⽔性原理尽管⼈们很早就知道荷叶表⾯“⾃清洁”效应，但是⼀直⽆法了解荷叶表⾯的秘密。
直到20世纪90年代，德国的两个科学家⾸先⽤扫描电⼦显微镜观察了荷叶表⾯的微观结构，认为“⾃清洁”效应是由荷叶表⾯上的微⽶级乳突以及表⾯蜡状物共同引起的。
其后江雷等⼈对荷叶表⾯微⽶结构进⾏深⼊分析，发现荷叶表⾯乳突上还存在纳⽶结构，这种微⽶与纳⽶结构同时存在的⼆元结构才是引起荷叶表⾯“⾃清洁”的根本原因。
为什么这样的“粗糙”表⾯能产⽣超疏⽔性呢？对于⼀个疏⽔性的固体表⾯来说，当表⾯有微⼩突起的时候，有⼀些空⽓会被“关到”⽔与固体表⾯之间，导致⽔珠⼤部分与空⽓接触，与固体直接接触⾯积反⽽⼤⼤减⼩。
由于⽔的表⾯张⼒作⽤使⽔滴在这种粗糙表⾯的形状接近于球形，其接触⾓可达150度以上，并且⽔珠可以很⾃由地在表⾯滚动。
即使表⾯上有了⼀些脏的东西，也会被滚动的⽔珠带⾛，这样表⾯就具有了“⾃清洁”的能⼒。
这种接触⾓⼤于150度的表⾯就被称为“超疏⽔表⾯”，⽽⼀般疏⽔表⾯的接触⾓仅⼤于90度。
⾃然界⾥具有“⾃清洁”能⼒的植物除了荷叶之外，还有⽔稻、芋头之类的植物以及鸟类的⽻⽑。
这种“⾃清洁”效应除了保持表⾯的清洁外，对于防⽌病原体的⼊侵还有特别的意义。
因为即使有病原体到了叶⾯上，⼀沾⽔也就被冲⾛了。
所以象荷花这样的植物即使⽣长在很“脏”的环境中也不容易⽣病，很重要的原因就是这种⾃清洁能⼒。
超疏⽔表⾯制备⽅法⼈们知道荷叶⾃清洁效应已经很多年了，但是很长的时间内却⽆法做出荷叶那样的表⾯来。
通过对⾃然界中典型的超疏⽔性表⾯——荷叶的研究发现，在低表⾯能的固体表⾯构建具有特殊⼏何形状的粗糙结构对超疏⽔性起重要的作⽤。
基于这些原理，科学家们就开始模仿这种表⾯。
现在，关于超疏⽔粗糙表⾯的研制已有相当多的报道。
⼀般来说, 超疏⽔性表⾯可以通过两种⽅法来制备：⼀种是在疏⽔材料表⾯上构建粗糙结构；另⼀种是在粗糙表⾯上修饰低表⾯能的物质。
荷叶效应仿生材料
电化学沉积法
总结词
电化学沉积法是一种利用电场作用将溶液中的金属离子还原成金属或合金沉积在电极表 面形成薄膜的方法，可以用于制备具有荷叶效应的仿生材料。
详细描述
电化学沉积法具有沉积速度快、可大面积制备、操作简单等优点。在制备荷叶效应仿生 材料时，可以通过调整电场强度、溶液浓度、沉积时间等参数，实现对薄膜成分、结构
总结词
仿生材料在许多领域都有广泛的应用前景。
详细描述
在航空航天领域，仿生材料可用于制造轻质、高强度的结构件；在医疗领域，仿生材料可用于制造人工关节、牙 齿等植入物；在环保领域，仿生材料可用于制造高效的水处理设备和防腐蚀材料；在军事领域，仿生材料可用于 制造隐形材料、高性能传感器等。
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荷叶效应仿生材料的特 点
在医疗器械领域的应用
抗菌防霉
荷叶效应仿生材料应用于 医疗器械表面，可有效抗 菌防霉，降低感染风险。
生物相容性
荷叶效应仿生材料具有良 好的生物相容性，能够减 少人体对医疗器械的排异 反应。
耐磨耐腐蚀
荷叶效应仿生材料具有优 异的耐磨耐腐蚀性能，能 够提高医疗器械的使用寿 命。
在航空航天领域的应用
抗辐射和耐高温
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荷叶效应仿生材料的应 用前景
在建筑领域的应用
防污自洁
荷叶效应仿生材料应用于建筑外 墙，可实现自清洁功能，有效降 低建筑清洁成本和维护难度。
节能保温
荷叶效应仿生材料能够调节建筑 表面温度，有效降低夏季室内温 度和冬季室内热量散失，提高建 筑节能性能。
抗紫外线
荷叶效应仿生材料具有抗紫外线 性能，能够保护建筑表面不受紫 外线侵蚀，延长建筑使用寿命。
提高安全性
荷叶效应仿生材料具有优异的抗辐射 和耐高温性能，能够满足航空航天领 域的高要求。
荷叶效应与纳米涂层Comments
荷叶效应与纳米涂层Comments>>| Tags 标签：原创, 材料, 涂料, 荷叶, 超疏水表面云无心发表于 2009-03-29 20:05(本文刊发于《百科知识》)雨过天晴，让我们来看看叶子上的水珠吧。
多数的叶子上，水珠是这个样子的。
（图片来源：/）有的叶子上，水珠晶莹剔透，可以滚来滚去，就象下面的荷叶。
即使在上面浇一些污水，也不会在叶子上留下污痕。
如果建筑物的外墙、露天的广告牌等等表面也象荷叶一样，不就可以永保清洁而免去清洗的麻烦了吗？这种具有“自清洁”能力的表面，在人们搞明白了“出污泥而不染”的原因之后，通过应用纳米技术已经实现了。
一、从接触角谈起为什么有的叶子上的水珠是球形，可以滚来滚去，有的叶子上却很扁，乖乖的呆在一个地方不动呢？让我们看看下面这幅图：一滴水在固体表面上，整个图中有三个界面。
红色的是固体和水的界面，蓝色的是固体和空气的界面，黑色的是水和空气的界面。
黑色的的那个界面是弯曲的，如果我们从红色黑色和蓝色交界的地方沿着黑色曲面的方向画一条线来，就叫做那个曲线在那个点的切线。
在图中，就是绿色的那条线。
红线和绿线之间有个夹角，我们把它叫作“接触角”。
如果接触角很大，是什么样子呢？当接触角很大的时候，水珠就呈现球形，水和叶子接触的地方（相当于上面这幅图中的红线）非常小，水不会再一个地方呆着，整个水珠可以滚来滚去。
如果接触角很小，又会是什么样子呢？这就是一般的叶子上水珠的形状。
扁扁的，水和叶面的边界很大（就是红线很长）。
接触角很小，水珠也不能随便移动。
进一步想，如果接触角非常小，比如说是零度了，会是什么情况呢？没错，没有蓝色的线了，所有的固体都被水给占了。
日常生活中，如果我们的碗或者玻璃不太干净，比如说有油，那么就触角就会比较大，我们就能看到水珠。
如果用洗涤灵把它们洗得很干净，放滴水上去，水就立刻铺开，看不到水珠了。
接触角物理原因有点抽象。
我们需要从表面能的概念出发来理解：增加任何两种物质的界面，都需要一定的能量，这个量在数值上等于这两种物质构成的界面的界面张力。
荷叶效果涂料简介及配方工艺
荷叶效果涂料简介及配方工艺荷叶效应也叫作自清洁效应，可以应用到很多地方。
最主要的就是一个是应用在织物上面，比如说防水，防油的领带，还有鄂尔多斯防水防油的羊绒衫。
还有一个就是自清洁的玻璃。
如果我们将这种原理，运用到汽车的烤漆、建筑物的外墙、或是玻璃上，不但随时可以保持物体表面的清洁，也减少了洗涤剂对环境的污染，可以说既安全又省力。
科学发明者想到的是荷叶为什么有着超强的疏水性？如果应用在生活用品上，就像“荷叶面”雨伞，撑雨疏水，抖水即干，不必担心带到室内会滴水了。
土耳其科贾埃利大学的研究人员对荷叶的表面是不是非常光滑展开了研究。
在显微镜下，研究人员看到荷叶是一种类似于海绵或是鸟巢的孔状组织，空气填充在列隙中，从而防止水吸附于叶面。
研究人员测定了水在人的皮肤、水鸟羽毛上的接触角，皮肤为90度，水鸟羽毛和荷叶与水珠的接触角分别为150度和170度，后来，研究人员在溶剂中溶解聚丙烯，获得了这种应用塑料的普通液体，再加入一种凝结剂制成涂料，把它涂在玻璃片上，在一个真空烤箱中使溶剂蒸发，得到一种多孔的凝胶层。
当研究人员在凝胶层上滴下水珠后，发现它的疏水能力可以与荷叶媲美，并且与水珠的接触角度达到了160度。
由此，研究人员认为，生产超强疏水性涂料时，再也无需昂贵的材料和耗时的过程了，更不需要加入什么纳米材料，因为“荷叶的疏水效应”给人提供了一个简单的方法，可以用来解决制造超强疏水性涂料的技术难题，所以，生产超强疏水性涂料的成本也有望大大地降低了。
荷叶效果乳胶漆参考配方 1去离子水 26.3分散剂0.2有机硅憎水剂BS1306 3消泡剂0.3无机增稠剂0.3钛白粉 15硅藻土 4云母粉 2碳酸钙 28硅酸钙 2防腐防霉剂 0.5丙烯酸乳液 16成膜助剂 1.2聚氨脂增稠剂 0.2PH调节剂适量合计：100荷叶效果乳胶漆参考配方2序号原料名称配方1、水、 2102、乙二醇、 73、分散剂、 84、 AMP-95、 25、消泡剂、 0.56、润湿剂、 17、钛白粉、 1508、防沉淀剂、 99、重钙、 8510、硅灰石粉、 10011、沉淀硫酸钡、 8012、高岭土、 8013、乳液、 20014、醇酯十二、 2015、防腐剂、 116、疏水剂、 3017、五合一多功能助剂 1518、流平剂、 1.519、消泡剂、适量20、增稠剂适量(用2倍水化开)生产操作工艺1、调分散机转速为100转/分钟，加入1—12，然后将转速调至1000转/分钟以上，分散40分钟。
自然界的纳米材料及荷叶效应
经过德国波恩大学的两位生物科学家的长期观察研究，终于揭开了荷叶叶面的奥妙。通过扫描电子显微镜图 像，可以清晰地看到，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。
荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”（每两个小山包之间的距离约为20-40μm） 在山包上面长满了绒毛，在山包顶又长出了一个个馒头状的“碉堡”凸顶。整个表面被微小的 蜡晶所覆盖（大约200nm-2μm）。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， 由于空气层、“山包”状突起和蜡质层的共同托持作用，使得水滴不能渗透，而能自由滚动。 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"荷叶 效应"能自洁叶面的奧妙所在。
利用“罗盘”定位的蜜蜂——蜜蜂的腹部存在着磁性纳米粒子，这种磁性的纳米粒子具有类似指南针的功能。 飞檐走壁的壁虎——壁虎脚上覆盖着十分纤细的茸毛，可以使壁虎以几纳米距离大面积地贴近墙面。 可爱的北极熊——其皮毛是两层中空的纳米管组成，且层间有空隙因空气的传热系数很低就实现了保暖的功能。
荷叶上有丰富的羟基、 氨基等极性基团，在自然环境中应该很容易吸附水分或污渍。但荷叶叶面却呈 现具有极强的拒水性，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，这就是著名的“荷叶自洁效应”。
研究发现，在高倍显微镜下发现，水黾 腿部上有数千根按同一方向排列的多层 微米尺寸的刚毛。这些像针一样的微米 刚毛的表面上形成螺旋状纳米结构的构 槽，吸附在构槽中的气泡形成气垫，这 些气垫阻碍了水滴的浸润，宏观上表现 出水黾腿的超疏水特性（超强的不沾水 的特性）。正是这种超强的负载能力使 得水黾在水面上行动自如，即使在狂风 暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。
荷叶表面的纳米结构
荷叶表面的纳米结构荷叶表面的纳米结构是一种非常独特的纳米结构，这种结构可以赋予荷叶非常优良的自清洁和自润滑性能，因此受到了广泛的研究和应用。
本文将从荷叶纳米结构的基本原理、结构特征和应用方面进行详细的介绍。
一、荷叶纳米结构的基本原理荷叶表面的自清洁和自润滑性质是由其特殊的纳米结构所决定的。
荷叶表面的纳米结构是一种由微米级的柱状结构和纳米级的微结构组成的复合结构。
在荷叶表面的微米级柱状结构上，有大量的纳米级微结构，这些微结构又进一步扩大了荷叶表面的接触角，使其具有了优异的自清洁和自润滑性能。
荷叶表面的微结构主要由纳米级的蜡质晶体组成，这些晶体在荷叶表面形成了非常密集的排列，形成了一层蜡质覆盖层。
这些纳米级蜡质晶体在荷叶表面具有非常固定的排列方式，与此同时，荷叶表面的柱状结构又可以形成非常多的微小凹槽。
这种结构可以在微观层面上形成非常多的空气颗粒，从而使得污垢无法黏附在荷叶表面上。
同时，荷叶表面的纳米级微结构又可以形成一层极薄的润滑层，这使得荷叶表面具有非常优良的自润滑性能。
二、荷叶表面的结构特征荷叶表面的结构特征主要包括微米级柱状结构和纳米级微结构两个方面。
（一）微米级柱状结构荷叶表面的微米级柱状结构是由表皮细胞和垂直于表面的基层细胞组成的。
这些细胞形成了一种微米级柱状结构，使得荷叶表面具有了非常高的几何光学角。
这种结构可以使得荷叶表面具有非常优异的自清洁性，因为污垢无法黏附在其表面。
（二）纳米级微结构荷叶表面的纳米级微结构主要是由纳米级的蜡质晶体组成的。
这些晶体在荷叶表面形成了非常密集的排列，同时又形成了非常多的微小凹槽。
这种结构可以在微观层面上形成非常多的空气颗粒，从而使得污垢无法黏附在荷叶表面上。
同时，这些微小凹槽也可以形成一层非常薄的润滑层，使得荷叶表面具有非常优良的自润滑性能。
三、荷叶表面的应用荷叶表面的自清洁和自润滑性能已经被广泛应用到许多工业产品中。
（一）自清洁涂层荷叶表面的自清洁性能可以被应用到建筑材料、汽车涂料、机器设备和瓷砖等各行各业。
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| Tags 标签：原创, 材料, 涂料, 荷叶, 超疏水表面云无心发表于 2009-03-29 20:05
(本文刊发于《百科知识》)
雨过天晴，让我们来看看叶子上的水珠吧。
多数的叶子上，水珠是这个样子的。
（图片来源：/）
有的叶子上，水珠晶莹剔透，可以滚来滚去，就象下面的荷叶。
即使在上面浇一些污水，也不会在叶子上留下污痕。
如果建筑物的外墙、露天的广告牌等等表面也象荷叶一样，不就可以永保清洁而免去清洗的麻烦了吗？这种具有“自清洁”能力的表面，在人们搞明白了“出污泥而不染”的原因之后，通过应用纳米技术已经实现了。
一、从接触角谈起
为什么有的叶子上的水珠是球形，可以滚来滚去，有的叶子上却很扁，乖乖的呆在一个地方不动呢？让我们看看下面这幅图：
一滴水在固体表面上，整个图中有三个界面。
红色的是固体和水的界面，蓝色的是固体和空气的界面，黑色的是水和空气的界面。
黑色的的那个界面是弯曲的，如果我们从红色黑色和蓝色交界的地方沿着黑色曲面的方向画一条线来，就叫做那个曲线在那个点的切线。
在图中，就是绿色的那条线。
红线和绿线之间有个夹角，我们把它叫作“接触角”。
如果接触角很大，是什么样子呢？
当接触角很大的时候，水珠就呈现球形，水和叶子接触的地方（相当于上面这幅图中的红线）非常小，水不会再一个地方呆着，整个水珠可以滚来滚去。
如果接触角很小，又会是什么样子呢？
这就是一般的叶子上水珠的形状。
扁扁的，水和叶面的边界很大（就是红线很长）。
接触角很小，水珠也不能随便移动。
进一步想，如果接触角非常小，比如说是零度了，会是什么情况呢？没错，没有蓝色的线了，所有的固体都被水给占了。
日常生活中，如果我们的碗或者玻璃不太干净，比如说有油，那么就触角就会比较大，我们就能看到水珠。
如果用洗涤灵把它们洗得很干净，放滴水上去，水就立刻铺开，看不到水珠了。
接触角物理原因有点抽象。
我们需要从表面能的概念出发来理解：增加任何两种物质的界面，都需要一定的能量，这个量在数值上等于这两种物质构成的界面的界面张力。
我们比较熟知的表面张力是空气和水的界面张力。
其实不仅是空气和液体之间，空气和固体，液体和固体之间也存在着界面张力。
再看看上面的图，一滴水放在固体表面制造了三种界面：黑色的空气和水的表面，红色的水和固体的界面，还有蓝色的空气和固体的界面。
把各自的界面张力乘以界面面积，加起来就得到了整个体系的界面能。
具体的数学推导就不作了，我们来考虑两种极端情况。
如果气固界面张力很大而液固界面张力很小，显然大自然倾向于把水滴完全铺开，（谁都喜欢干省力气的活），这就是洗干净的普通玻璃的情况。
相反，如果液固界面张力很大而气固界面张力很小，大自然很倾向于让空气与固体接触而让液体一边呆着，这就是荷叶或者羽毛的情况。
而中间的情况，气固和液固两个界面张力谁也没能一统天下，接触角就是双方妥协划分势力范围的结果。
其背后的决定因素还是大自然喜欢省力气，即整个体系的表面能最低。
在具体划分的时候，空气和液体之
间的表面张力也会跳出来插一杠子，所以接触角是由固体、液体、气体三方相互之间的界面张力来决定的。
如果我们不想让水留在固体表面，就要增大接触角。
比如说，水在一般的布上接触角很小，水到了上面就把布打湿了。
但是用布来做雨伞的时候，我们把一些特殊的物质涂在布上，这样布的接触角就变得很大，就不会被雨水打湿了。
我们的头发，还有许多动物，象猫啊狗啊，一下雨就被打湿了。
鹅和鸭这些动物的毛就不会被打湿，往它们身上浇点水，它们一扑腾，水就掉光了。
这也是因为水在我们的头发，或者猫狗毛上的接触角很小，而在鸟的羽毛上就很大。
二、荷叶效应
人们知道接触角和表面张力已经很多很多年了，但是很长的时间内却无法作出荷叶那样的表面来。
也就是说，人们找不到那么疏水的物质，可以是使接触角象荷叶表面那么大。
荷叶表面，有着什么样的秘密呢？
直到二十世纪七十年代，因为扫描电子显微镜的使用，人们才开始明白荷叶高度疏水的原因。
下面是用电子扫描显微镜“看”到的荷叶表面。
荷叶表面原来非常的粗糙！左边的照片上的标度是20微米（微米是千分之一毫米），也就是说，荷叶表面布满了大小在几微米到十几微米之间的突起。
如果把这些突起继续放大，如右边的图，每个突起上还布满了更小的突起，或者说细毛。
荷叶的超强疏水性，原来不仅跟表面疏水性有关，还跟这种超微结构有关。
为什么这样的“粗糙”结构就能产生超强的疏水性呢？我们来看下面的图：
前面说了，接触角的形成是减小整个体系总界面能的结果。
对于一个疏水的固体表面来说，当表面不平有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，水与固体的接触面积会大大减小。
具体的数学推导在这里就省略了，总之，科学家们可以从物理化学的角度用数学来证明：当疏水表面上有这种微细突起的时候，固体表面的接触角会大大增加。
当接触角不是特别大的时候，象第一副图中的草叶上，水滴呈半球形，而半球形是无法滚动的。
如果有了这种超微结构，象荷叶表面，接触角接近180度，水滴接近于球形。
而球，可以很自如地滚动。
即使叶子上有了一些脏的东西，也会进入水中被水带走。
这样接触角非常大的表面（通常大于150度），就被称为“超疏水表面”，而一般的疏水表面只要接触角
大于90度就行了。
超疏水表面的特性就在于：水在上面形成球状滚动，同时带走上面的污物，这样的表面就具有了“自清洁”的能力。
三、荷叶效应的应用——“自清洁表面”
自然界里具有“自清洁”能力的超疏水表面，除了荷叶之外，还有芋头之类的植物以及鸟类的羽毛。
这种自清洁除了保持表面的清洁，对于防止病原体的入侵还有特别的意义。
象荷叶芋头这样的植物，即使生长在很“脏”的环境中也不容易生病，很重要的原因就是这种自清洁能力。
即使有病原体到了叶面上，一下雨也就被冲走了。
如果不下雨的话，叶面很干燥，病原体还是生存不了。
明白了荷叶效应的物化原理，科学家们就开始努力模仿这种表面。
有了正确的理论指导，应用研究的发明进展很迅速。
现在，材料学家们可以通过表面处理产生这样的超疏水表面，也可以用疏水的微米或者纳米粒子做成涂料，来产生自清洁涂层。
具体的技术这里就不介绍了，下图是一个仿荷叶表面的例子，是不是跟前面图中的荷叶表面非常相似？
下面的图是水滴在这种材料表面的形状。
材料是相同的，右边是光滑的常规表面，左边是按照荷叶效应做出来的超疏水表面（仿荷叶表面）。
在光滑表面上，水滴不会滚动，如果把表面倾斜，它只能滑动，不能有效地把表面上的污物带走，类似于第一张照片中草上的水滴。
而仿荷叶表面上的水滴接近球形，如果把表面倾斜，它就可以滚动，从而把表面上的污物带走。
在1997，“荷叶效应”这个词的英文“Lotus Effect ”甚至被注册成了商标。
随后的几年中，基于“荷叶效应”的涂料问世，在越来越多的建筑中得到了应用。
根据该公司自己提供的数字，现在已经有几十万座建筑使用了这种涂料。
下图是效果图，水滴滚过的地方，脏东西被带走，留下了干燥清洁的表面。