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从荷叶上的露珠谈超疏水现象 [复制链接]

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银光图片
        露珠是自然界一种常见的现象,古往今来有许多文人墨客描写它。比如像唐代诗人白居易在《东陂秋意寄元八》中写到“秋荷病叶上,白露大如珠”。
        那为什么露水落在荷叶上就会形成圆圆的,晶莹剔透,而打在衣服上,却“ 道狭草木长,夕露沾我衣”呢?这是因为露珠在荷叶表面形成了超疏水现象。


最后编辑红泥小火炉 最后编辑于 2025-08-03 13:54:44
本主题由 管理员 金亚军 于 2025/8/3 15:46:16 执行 设置精华/取消 操作
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        荷叶的疏水性源于其纳米结构,即在每个微米级乳突的表面又附着着许许多多与其结构相似的纳米级颗粒。正是具有这些微小的双重结构,使荷叶表面与水珠或尘埃的接触面积非常有限,能够有效地将水排斥成一个球形状态,从而实现不粘水以及“出淤泥而不染”的效果。
最后编辑红泥小火炉 最后编辑于 2025-08-03 13:55:04
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        在自然界,植物主要是通过两种方式来实现超疏水性,一种像荷叶表面的毛发状结构,另一种则是植物果实表面的脂肪酸衍生物——蜡质结构。
        例如李子外皮的果霜是一层蜡质包皮,这层保护层是疏水的,入水后就会形成空气膜,光线进入空气膜发生了全反射,形成了镜面效应,所以看上去像半透明或者银色的。超疏水现象可以减少李子表面水分的蒸发,从而延长李子的保鲜期。同时由于水在李子表面形成水珠,可以将李子表面的灰尘和杂质包裹起来,随着水珠的滚动而被带走,起到一定的清洁作用。


        这张图片是之前在小红书里面看到的,非常典型。
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        还有一个典型就是银杏果。

        像葡萄、青梅等果实外皮上均有沉积蜡质结构,遇水呈现出这种透明效果的原因就源于该结构所体现出的拒水性,也就是超疏水效应。



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这个疏水性的图片太神奇了,好像一颗一颗的水晶
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        除了植物外,很多动物中也有超疏水现象。例如水黾。水黾之所以能够浮在水面,是因为其腿部特殊的微纳米沟槽结构。这种结构可以将空气有效地吸附在同一取向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内,形成稳定气膜;‌‌气膜使腿部表面呈现超疏水性,接触角可达167.5°,极大减少水浸润。‌‌


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        还有蝴蝶也是典型。蝴蝶翅膀表面覆盖着整齐排列的鳞片状微结构,这些鳞片呈瓦片状叠加排列,形成约200纳米间距的蜂窝状网格。鳞片表面还有纳米级沟槽,当水滴接触时会被分解成更小的水珠并快速滚落。
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        至于疏水程度,是由液体-蒸汽界面与固体表面之间形成的接触角决定。接触角大于 150° 的表面,就被称为超疏水表面。

        从左到右按照接触角可划分为:超亲水性、亲水性、疏水性、超疏水性。


新型超疏水材料的应用也十分广泛:
        室外天线上,可以防积雪;远洋轮船,可以达到防污、防腐的效果;石油管道的输送;用于微量注射器针尖,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染;防水和防污处理等。
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生活处处是科学呀,大自然中的生物肯定需要很多的疏水结构,防止潮湿、腐烂等。
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露珠是自然界一种常见的现象,古往今来有许多文人墨客描写它。比如像唐代诗人白居易在《东陂秋意寄元八》中写到“秋荷病叶上,白露大如珠” ,生动勾勒出露珠点缀残荷的诗意画面。
生活里,我们也常能观察到奇妙的对比:为什么露水落在荷叶上,就会形成圆润透亮、滚来滚去的水珠,仿若晶莹玉珠镶嵌叶面;可落到普通衣服上,却往往 “洇开” 成一片,让衣物潮湿,就像诗句描述的 “道狭草木长,夕露沾我衣” ?这背后,其实藏着有趣的 超疏水现象 奥秘。
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一、荷叶超疏水的“秘密武器”
从微观视角看,荷叶表面并非光滑平整。它有着特殊的 微纳复合结构 :无数微小的乳突整齐排列,乳突直径多在5 - 10微米,而每个乳突表面,又布满了纳米级的纤毛或凸起 。这种 “粗糙” 结构,就像给荷叶铺了一层 “微型防滑垫” ,让水滴难以 “站稳” 。
同时,荷叶自身会分泌 蜡质物质 ,这类物质属于低表面能材料,就像给荷叶穿了层 “疏水外衣” 。当水滴落在荷叶上,微纳结构支撑起水滴,让它无法充分接触叶面,再加上蜡质的疏水作用,水滴就被 “托举” 成圆润的球形,轻松实现滚动滑落,顺带还能把叶面灰尘、杂质裹挟带走,这就是荷叶 “出淤泥而不染” 的清洁奥秘 。
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二、超疏水现象的科学原理
超疏水现象,本质上是 表面浸润性 的特殊表现。从物理角度讲,当液体与固体表面接触,会形成接触角(液体 - 固体界面与液体 - 气体界面的夹角 )。一般来说,接触角大于150°、滚动角小于10°时,就可判定为超疏水表面 。
荷叶表面的接触角能轻松达到150°以上,水滴在这样的表面,更倾向于保持球形,实现 “不沾水、易滚落” 。这一原理,是微纳粗糙结构与低表面能物质共同作用的结果 —— 粗糙结构增大了气相在界面的比例,减少液体与固体的接触面积;低表面能物质则降低了液体在固体表面的粘附力,双管齐下,造就超疏水特性 。
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三、超疏水现象的应用拓展

超疏水现象的发现,给人类科技生活带来诸多启发,相关应用早已跳出实验室:

• 自清洁材料:模仿荷叶结构,人们研发出超疏水涂料,涂在建筑外墙、汽车表面,能让雨水自动滚落,带走灰尘,实现 “自我清洁” ,减少人工清洁成本与频次 。

• 防冰抗凝材料:在航空机翼、输电线表面应用超疏水涂层,可降低水滴附着、结冰概率,减少因结冰带来的安全隐患与能源损耗 。

• 医疗领域:超疏水材料还能用于生物医学,比如制作不易粘附血液、细菌的导管、植入物,降低感染风险与血栓形成概率 。

从诗意的荷叶露珠,到充满科技感的超疏水应用,自然现象与科学探索的交织,不断为人类生活创造新可能。下次再看到荷叶上滚动的水珠,不妨多想想,这颗 “小水珠” 里,藏着多少奇妙的科学密码~
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        露珠是自然界一种常见的现象,古往今来有许多文人墨客描写它。比如像唐代诗人白居易在《东陂秋意寄元八》中写到“秋荷病叶上,白露大如珠”。
        那为什么露水落在荷叶上就会形成圆圆的,晶莹剔透,而打在衣服上,却“ 道狭草木长,夕露沾我衣”呢?这是因为露珠在荷叶表面形成了超疏水现象。

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红泥小火炉 发表于 2025/8/3 13:52:05
原来荷叶表面的露珠是超疏水现象,首次看到。
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        荷叶的疏水性源于其纳米结构,即在每个微米级乳突的表面又附着着许许多多与其结构相似的纳米级颗粒。正是具有这些微小的双重结构,使荷叶表面与水珠或尘埃的接触面积非常有限,能够有效地将水排斥成一个球形状态,从而实现不粘水以及“出淤泥而不染”的效果。
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红泥小火炉 发表于 2025/8/3 13:53:31
生活中的现象,用科学来解释,很有意思。
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感谢解惑,一直不明白为什么荷叶能疏水。疏水结构:纳米结构,蜡质结构。
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原来这叫超疏水现象啊
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        还有一个典型就是银杏果。
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        像葡萄、青梅等果实外皮上均有沉积蜡质结构,遇水呈现出这种透明效果的原因就源于该结构所体现出的拒水性,也就是超疏水效应。

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红泥小火炉 发表于 2025/8/3 13:58:48
水果表皮外像被包裹上了一层水珠,非常神奇的现象。
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水的表面张力的优质素材,科普到了,
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特地去查了超疏水和表面张力的区别
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可以理解为表面小且防水
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生活中的科学,学到了
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露珠中的小秘密,这个现象孩子们经常见到,但有的时候难解释,有了这个科普资料,学生对科学的神秘更加感兴趣了。
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超疏水现象,学到了
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原来如此,真是涨见识了
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在自然界的各种现象中,真的有太多奇妙的现象。
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        露珠是自然界一种常见的现象,古往今来有许多文人墨客描写它。比如像唐代诗人白居易在《东陂秋意寄元八》中写到“秋荷病叶上,白露大如珠”。
        那为什么露水落在荷叶上就会形成圆圆的,晶莹剔透,而打在衣服上,却“ 道狭草木长,夕露沾我衣”呢?这是因为露珠在荷叶表面形成了超疏水现象。

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红泥小火炉 发表于 2025/8/3 13:52:05
想到了铁锅烧热疏水
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车玻璃也需要继续发展借鉴
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这个用于注射器的针尖的应用真的很有效,打开眼界了
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看着好神奇啊
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