Pourquoi la feuille de lotus ne se tache-t-elle pas malgré son immersion dans la boue ?

Cet article a pour thème « Pourquoi la feuille de lotus ne se tache pas malgré son immersion dans la boue ». Il cite d’abord des poèmes et des essais anciens de Wei Yingwu et Zhou Dunyi pour expliquer la signification culturelle de la feuille de lotus, puis présente les découvertes des chercheurs allemands, explique le principe de l’effet de lotus (effet hydrophobe) créé par la structure micro-nanométrique et les protubérances cireuses à la surface de la feuille de lotus, qui permet aux gouttelettes d’eau de nettoyer automatiquement les polluants, et enfin mentionne les caractéristiques des surfaces super-hydrophobes, les structures similaires dans la nature et les résultats de la recherche et des applications bioniques dans ce domaine.

Pourquoi la feuille de lotus ne se tache-t-elle pas malgré son immersion dans la boue ?

秋荷一滴露,清夜坠玄天。将来玉盘上,不定始知圆。唐代诗人韦应物的这首《咏露珠》诗,描绘了一幅铺展在荷塘上的美丽画面:清冷的秋夜,荷叶上有一滴露珠在月光下闪耀,仿佛从苍穹中坠落。宋代学者周敦颐在《爱莲说》中也赞美了荷花:“出淤泥而不染,濯清涟而不妖。”后人用荷花来比喻君子在恶劣环境中不被世俗玷污的高尚品格。

荷叶效应 荷叶为什么“出淤泥而不染”呢?1997年,德国波恩大学植物学教授巴斯洛特在研究植物叶子时,用电子显微镜观察了荷叶的表面结构,才揭开了其中的奥秘。原来,在荷叶表面生长着许多高度约5~9微米、间距约12微米的乳突,每个乳突表面又生长着许多直径为200纳米的蜡质突起,这相当于在“微米结构”上生长着“纳米结构”。在荷叶表面,这样的 “微纳米结构” 看起来像密密麻麻的“小柱子”。再加上蜡质物质的排斥作用,使液滴无法渗入“小柱子”之间的缝隙,只能在“小柱子”顶端来回滚动。于是,液滴与荷叶表面就呈现出排斥性,我们称之为“荷叶效应”,也可称之为“疏水效应”。当污染物落在荷叶表面时,随液滴滚动,它们会很容易被带走。这就是荷叶“出淤泥而不染”的奥秘。

具有荷叶效应的表面,都具有自清洁功能。如果该表面与水滴之间的排斥作用极其强烈,就称为 “超疏水表面”,这种表面同时具有很好的减小阻力的功效。如果荷叶乳突上的蜡质物质丧失了,荷叶的超疏水性质也会被破坏。但荷叶自身能够不断分泌蜡质,随着蜡质的补充,超疏水性质便可恢复。与荷叶类似,自然界中具有优良超疏水性的植物表面几乎都具有微纳米结构。据不完全统计,自然界中约有1200种能够在水面上行走的昆虫,它们的腿部也具有微纳米结构。中国科学院化学研究所对自然界中多种植物叶面和花瓣进行了研究,不仅人工合成了许多超疏水材料,还制备出了具有自清洁功效的衣物,在超疏水领域颇有影响。