莲花为何出污泥而不染?
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2009-10-28 14:50
|个人分类:侃侃科学|系统分类:科普集锦|
昆虫, 莲花, 纳米, 海豚, 微米
爱莲说赞美了莲花出污泥而不染的品格,历代君子贤人也无数次钦佩这种品格。然,真正践行的却是凤毛麟角,那为何所有的莲花都能出污泥而不染呢?
这是因为荷叶具有微、纳米结构。下图为荷叶表面的微米级乳突结构,约6~9微米。
其纳米分形结构如下图所示
荷叶的表面结构可示意为:
这种结构的疏水性说明如下:
也就是说莲花叶子表面有约1nm的疏水性蜡晶体,从而具有自洁作用,做到出污泥而不染。
荷叶的纳米自洁作用说明了莲花的微观自洁机理,但在探讨莲花出污泥而不染的自然现象和人文关怀时,不能忽视莲花生存的环境是一个泥水空立体系统。茎叶花在生长过程中,经历了越来越清澈的水体,自然不能排除水的清洗作用。盛开在水之上的莲花往往也是洁净的,除去宏观上的风吹雨淋的清除尘埃的作用外,有观点认为,莲花本身也具有超疏水性能而保持清洁。
单考虑微观自洁的纳米物理效应来解释莲花出污泥而不染,难免偏颇,但是仔细研究荷叶的自洁机理,并拓展到其他的动植物的类似功能,或许能够研发出仿生的可应用于实际的自洁材料呢,这样至少对于保护水体是有益的。
事实上,还有一些动物也具有自洁作用,例如海豚的皮肤肉眼看来光滑,实则布满了纳米尺寸的微小突起。这些突起物,使得海中有害的微生物无法附著,而具有自我清洁和保护功用。
有些昆虫的翅膀也由于生有突起物而具有自洁功能。
利用这样的性质,可制造具有自洁功能的涂料、玻璃和陶瓷等。
(致谢:以上主要内容来自都有为院士报告,在此表示感谢!)
(PS:本文发出来后,得到了众多科学人的关注,提出了宝贵的建议和补充,本着完善科普的目的,借用诸位的观点和思路,在此做了部分修改。对这些博友的支持表示感谢,包括英录老师、麻庭光老师、陈湘明老师、曹天德老师以及发发兄等。)
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