荷叶效应及应用

荷叶效应及应用Page2荷叶的基本组成荷叶自洁效应荷叶表面浸湿原理荷叶效应的应用荷叶微观结构Page3荷叶的基本组成荷叶淀粉等多糖类碳水化合物纤维素叶绿素Page4荷叶自洁效应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”。Page5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。荷叶微观结构Page6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。Page7荷叶表面润湿原理当雨滴接触荷叶表面时，荷叶表面和雨滴同时被周围的空气所包围。这样就有三种物质互相接触，固体，液体和气体。这三种物质的边界作用决定了水滴的形状和液体如何在固体表面散开，也就是如何润湿固体底面。对亲水性的粗糙表面，越粗糙越易被润湿，对疏水性表面，越粗糙越不易被润湿。Page8研究表明荷叶表面的超疏水性能来自于两个原因：荷叶表面的蜡状物和表面的特殊结构：荷叶表面有序分布有平均直径为5-9μm的乳突。并且每个乳突表面分布有直径124nm的绒毛。荷叶表面的特殊的微纳米的多尺度结构和低表面能的蜡质物使得荷叶表面的静止接触角达160°，而其滚动角只有2°。Page9图A是荷叶表面的ESEM电镜照片．由图可知，荷叶的乳突饱满，随机分布在荷叶的表面，直径约为7~lOμm；能够观察到在微米级乳突上还覆盖有绒毛状的结构．Page10所以造成了粗糙的疏水表面水不能进入叶子内部，仅在叶面形成水珠，水和叶子表面间的接触面积只有2%-3%,从而降低两者间的摩擦力，使水滴极易从叶面滚落而不沾污叶面，表现出良好自洁性。当液面沾有尘埃等固体微粒时，尘埃能被水润湿，沾污在水滴上，并随水滴的滚落而被洗掉。即使是疏水性污垢，也由于其与叶面上凸起部分的接触面积极小，使水和油污的黏着力大于叶面凸起部分上蜡晶与油污间的黏着力，而易于随水滴的滚落而被洗去。Page11如果表面是光滑的，则灰尘微粒能够更强地贴附在完全光滑的表面而不是水滴表面，滴落的水滴只是把它稍微推到一边。但是，如果表面是粗糙的，则灰尘将会更好的贴附于水滴表面而不是粗糙表面，然后随着水滴滚落。Page12荷叶效应的应用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。Page13荷叶效应的涂料，必须同时具备3方面的特性：具有低表面能的疏水性表面；合适的表面粗糙度；低滑动角。通过两种方法可实现荷叶效应，一种就是加入超强疏水剂如氟硅类表面活性剂，使涂膜表面具有超低表面能，灰尘不易黏附；另外一种就是模拟荷叶表面的凹凸微观结构设计涂膜表面，降低污染物与涂膜的接触面积，使污染物不能黏附在涂膜表面，而只能松散地堆积在表面的凹凸处，从而容易被雨水冲刷干净。Page14荷叶效应还可以运用在各个方面，如根据荷叶效应生产的防水透湿织物，它具有透湿性好，手感柔软，悬垂性好的特点，并具有天然的光泽，有广泛的应用范围，可作为野外帐逢布、雨衣、运动服、晴雨两用衫、食品保鲜袋等。荷叶效应防水漆，荷叶玻璃等等也都运用了荷叶效应。15Thankyou