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        荷葉為什么“出淤泥而不染”?

        2021-06-23 18:45:24吳雨霞
        環(huán)球人文地理 2021年5期
        關(guān)鍵詞:效應(yīng)植物

        吳雨霞

        “予獨(dú)愛蓮之出淤泥而不染”是北宋理學(xué)家周敦頤《愛蓮說》中的名句,用來歌頌蓮的潔身自好,不同流合污的高尚品格。可老先生不會(huì)想到,他的這句趁興之作竟然在千年之后,揭示出了一種神奇的自然生物現(xiàn)象。

        那么,荷葉為什么能出淤泥而不染呢?

        荷葉的表面看似青翠光滑,但我們用手摸就會(huì)發(fā)現(xiàn)葉面粗糙不平,細(xì)看還分布有很多的小絨毛。當(dāng)這些絨毛暴露在顯微鏡下時(shí),我們就會(huì)看到碧綠的葉片上布滿了密密麻麻的微小的球形疙瘩,學(xué)名為乳突。這些乳突是微米級(jí)的,比我們的頭發(fā)還要細(xì)三四倍。更神奇的是,在每個(gè)乳突上面竟然還分布著更多極其微小的疙瘩,而這些疙瘩是納米級(jí)的。這些大小突起的疙瘩上積聚了植物蠟晶體,突起之間的縫隙又被空氣填滿,縱橫交錯(cuò),形成空氣墊。所以水落在荷葉上,就會(huì)被空氣墊隔開,不會(huì)在荷葉表面攤開浸潤(rùn);而是像水滴被托舉起來,形成了水珠。這種自然現(xiàn)象也被稱為“荷葉效應(yīng)”。

        “荷葉效應(yīng)”是在上世紀(jì)70年代,德國(guó)植物學(xué)家威廉·巴特洛特在研究植物葉子表面時(shí)所發(fā)現(xiàn)的。表面光滑的葉子總會(huì)容易堆積灰塵污垢,但表面粗糙的葉子往往很干凈,比如荷葉。在理論上,荷葉的基本化學(xué)成分是多糖類的碳水化合物,在自然環(huán)境中應(yīng)該很容易吸附水分或污漬。但因?yàn)楹扇~葉面具有極強(qiáng)的拒水性,灑落在葉面上的水會(huì)自動(dòng)聚集成水珠,當(dāng)水面與葉面的接觸角度大于140度,水珠就會(huì)滾離葉面,落入水中;水珠的滾動(dòng)會(huì)把落在葉面上的塵土污泥粘吸滾出葉面,使得葉面始終皎潔無暇。這使得荷葉不僅出淤泥而不染,而且下雨也不會(huì)弄濕自己,反而會(huì)越干凈,仿佛自帶清潔功能。

        這種拒水性是自然界的“高科技”,利用的是納米效應(yīng),加上植物蠟的保護(hù)功能,兩者結(jié)合形成了純天然的超疏水材料。每當(dāng)大雨傾盆,荷葉就會(huì)發(fā)揮超輸水功能,不受雨水的摧殘,防止漂浮在大氣中的有害細(xì)菌和真菌侵害;也有利于葉面吸收陽光,增加植物的光合作用。

        研究表明,這種具有自潔效應(yīng)的表面——超微納米結(jié)構(gòu)形貌,不止存在于荷葉這樣的天南星植物中,也存在于一些動(dòng)物中。小小的水蠅,棲息在溪流或者海邊,它們可以浮在水面,有“輕功水上漂”之能;下雨時(shí),還能不被沖走,功勞也源自它們身上那幾條“大長(zhǎng)腿”。水蠅的腿部有數(shù)千根同一方向排列的多層微米尺寸的剛毛,剛毛表面形成螺旋狀納米結(jié)構(gòu)的溝槽,將空氣有效地吸附其中,形成一層穩(wěn)定的空氣膜。空氣膜阻礙了水對(duì)水蠅的浸潤(rùn),讓“大長(zhǎng)腿”支撐起15倍于身體的重量,也不影響它在水面上自由地穿梭滑行。蚊子和蜻蜓在水面上行走,不留下漣漪,也是同理。還有壁虎可以吸附墻面垂直爬行,蝴蝶可以在雨中翩翩起舞,都是因?yàn)樗鼈冏陨頁(yè)碛刑烊坏某杷牧稀?/p>

        大自然擁有如此智慧,人類也能學(xué)得一二。科學(xué)家們利用生物仿生學(xué),制備出各類超輸水材料的仿生“神器”。如網(wǎng)上流行的防潑濺的衣服,避免被潑水弄臟;用于排風(fēng)扇、抽油煙機(jī)的表面,可以免予油污,保持其潔凈。而超疏水涂料無色無味、無毒、無污染,加上其超強(qiáng)的疏水性和自潔性被廣泛應(yīng)用,也成為了保護(hù)建筑物,對(duì)抗酸雨的最強(qiáng)盾牌。可以預(yù)見,將來會(huì)有越來越多“荷葉效應(yīng)”的產(chǎn)品出現(xiàn),更好地方便我們的生活。

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