Почему листья лотоса не загрязняются, несмотря на то, что находятся в грязи?

Данная статья посвящена теме "Почему лотосовый лист не загрязняется, несмотря на то, что находится в грязи". Сначала в ней приводятся цитаты из стихотворений и прозы Вэй Янвэя и Чжоу Дунъи, иллюстрирующие культурную символику лотосового листа. Затем описываются результаты исследований немецких учёных, объясняющие, как микро- и наноструктуры на поверхности лотосового листа, а также восковые выступы, образующие эффект лотосового листа (гидрофобный эффект), позволяют каплям жидкости самоочищаться от загрязняющих веществ. В заключение упоминаются особенности сверхгидрофобных поверхностей, аналогичные структуры в природе, а также результаты соответствующих биомимических исследований и применений.

Почему листья лотоса не загрязняются, несмотря на то, что находятся в грязи?

秋荷一滴露,清夜坠玄天。将来玉盘上,不定始知圆。
唐朝诗人韦应物的这首《咏露珠》诗描绘了一幅展现在荷塘中的美丽景象:清冷的秋夜,荷叶上有一滴露珠在月光下闪闪发光,宛若从苍穹坠落。宋朝学者周敦颐在《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为世俗所染的高尚品格。

荷叶效应
荷叶为何能“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纳米的蜡状突起,这相当于在“微米结构”上生长着“纳米结构”。在荷叶表面,这种“微纳米结构”看起来像密密麻麻的“小柱子”。再加上蜡状物的排斥作用,使液滴无法钻入“小柱子”之间的缝隙,只能在“小柱子”的顶端来回滚动。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,它们会轻易地被带走。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效应极为强烈,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状物消失了,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。