莲花效应的研究现状与进展

“莲花效应”的研究现状与进展

生物科学0811 孙峰林0820202107

摘要：“莲花效应(Lotus Effect)”是广泛存在于植物叶片的疏水现象和自洁现象的一种生物效应。该效应的研究已经十分深入，基于该效应而提出的各种仿生学生化技术，已经由理论转化为实践，并从实验室走向市场，为人类的生活带来了很大的便利。本文就莲花效应的发现历程和莲花效应在各个领域的应用为主要研究内容，对莲花效应及其内在的实用价值作简要的介绍，并对莲花效应未来的更广泛的应用提出自己的看法。

关键词：莲花效应，纳米技术，表面防污，纳米喷淋，疏水自洁

1.引言

周敦颐的《爱莲说》中有：“莲花出淤泥而不染，濯清涟而不妖。”短短一句，不仅仅描述了这个常见的生物现象，更引出了一个耐人寻味的问题。那就是为什么莲花出淤泥而不染，濯清涟而不妖呢？这个问题直到20世纪70年代，波恩大学的植物学家巴特洛特(Dr. William Borthlott)在研究莲花叶子表面时，才被生物学家彻底解开。他在研究各种植物叶片时发现，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，通过对莲叶表面的显微观察，最终发现莲叶表面的特殊结构有自我清洁功能。我们将以此现象作为探讨，深入并研究所能应用的范围和成效。

2.莲花效应的发现

德国波恩大学植物学家巴特洛特博士(Dr. William Borthlott)及其同事在对大量植物叶片进行研究的时候发现，如果要在显微镜下观察植物叶片，那就必须先把植物叶片冲洗干净。这是不用思考而每天都要做的工作。他们突然发现一个非常荒谬的现象：只有那些表面很光滑的叶子才需要清洗，而其他的那些表面在显微镜下看起来很粗糙的叶子反而是干净的。而莲叶是其中最明显的干净派。从显微镜下观察，他们发现莲叶子上有小的茸毛和小的蜡质覆盖在叶子上，水滴易形成球状，然后带着污垢粒子一起滚动下滴，达到了叶面的清洁作用。1996年，巴特洛特博士及其同事用一个特殊材料制成的色盘子实现了自净作用，同时注册了专利。他们撒上煤灰和颜料的混合物到一个白色盘子上，随后倒上一些水，很快这个盘子就干净了。作为对比，一个擦得特别亮的清漆膜盘子上也撒上煤灰和颜料的混合物，但即使用水漂洗很长时间，煤灰和颜料仍然存在，而且还有另一个脏的灰层。对清漆膜来说，只用水是不能清洗干净的。从莲花效应的发现直至应用，充分体现出一个科学研究规则“学习自然界的现象作为技术创新的模式”，它对人造表面的防污原理有着非常重要的意义。

表面自洁现象

3.莲花效应的应用

自从莲花效应被发现以后，特别是巴特洛特博士(Dr. William Borthlott)用纳米材料制成自净盘子并注册专利以后，对如何将莲花效应用于生产和生活的研究方兴未艾。以下是时下最流行的莲花效应的几种应用。

3.1莲花效应的纳米涂料

由于莲花效应主要原因是表面微米级的凸起颗粒，因此，采用纳米技术制成的涂料，可以在物体表面形成一层如同莲叶表面一般粗糙的薄膜。涂料涂在墙体表面可以有效并快速的使水珠滚落，并且带走附着在墙体表面的微小粉尘等脏物，保持墙面的干燥与洁净。喷涂具有莲花效应纳米涂料的房屋，可以在数十年之后依旧焕然如新。

3.2纳米喷淋技术赋予模塑制品表面莲花效应

纳米喷淋技术可以让许多不能用纳米涂料覆盖的模塑制品也获得表面的莲花效应。在模塑过程中，通过纳米喷淋技术，纳米颗粒迁移到制品表面，形成细微的凸起结构，产生莲花效应。之前，在模塑制品表面产生莲花效应只能通过两种途径：一是在模塑后在制品表面压印；二是将表面有莲花效应的薄膜层压到制品表面。而现在，通过纳米喷淋技术，可以让更多的制品表面产生莲花效应，操作简便，具有很大发展前景。

纳米喷淋技术还有一系列潜在应用。例如，可以制成能将液体完全倾倒出来的容器；能长久保持清洁的各种照明灯具的罩子；无需人工清洁的门窗框；能够精确计量的移液管；还能制成耐磨损和耐侯表面的制品。因此，纳米喷淋技术随着研究的不断深入，将进一步拓宽其应用范围，应用到挤出、吹塑和热成型工艺，现实和潜在的应用都将变得日益广泛。

3.3其它的应用

不用擦拭的纳米眼镜

德国蔡司公司发明了一种新工艺，用此工艺加工的镜片不容易被弄脏，容易清洁，而且透明度很好。这种加工后的镜片表面形成纳米结构，具有莲花叶一样的特性，即灰尘颗粒无法在表面立足，碰到水就会顺水流走，这就非常便于镜片的清洗。

抗菌器皿

烧制纳米陶瓷时，采用纳米级釉料喷涂瓷器表面，形成一层莲花效应表面，油污和污渍不能附着于器皿表面，很容易清洗，根部不用洗洁精等洗涤剂。

疏水性薄膜

对于一些没有莲叶效应的物体表面，当我们需要其具有防水自洁功能的时候，给他覆盖上一层疏水性薄膜，是一个很不错的选择。这些疏水性薄膜是采用纳米材料制成的，其表面粗糙而又光滑。

纳米布料

进行户外活动或者雨天的时候，拥有一件防水的衣服，能很好的避免避免身体着凉。而采用纳米布料制成的衣服，不仅具有简单的防水功能，而且甚至不用去清洗它，因为当你在雨中走过的同时，雨水会自动的帮你洗好衣服，再脏的衣服，水一冲又变成新的了。

4.结语

目前许多国家都纷纷展开研究如何将这种莲花效应用于汽车外壳、墙面、衣料和用具上。莲叶效应无论是作为生物世界里令人惊异的自然现象，还是作为21世纪最有价值的仿生学发现之一，都将对生物科学和生化技术的发展起到重要的推动作用。当生物效应与人类的生活应用结合起来，大自然的创意就成了服务人类的技术，有理由相信，未来的时间里，越来越多的仿生学技术将更多的被发现，并将会像莲花效应一般更好的造福人类。

参考文献：

杜家纬.生命科学与仿生学[M].生命科学ChineseBulletinofLifeSciences,第l6卷第5期,2004

年10月

宋玉春.纳米喷淋技术赋予模塑制品表面莲花效应[M].国外塑料,2004-8-25

戴嘉亨.莲花效应观察与应用.2005