荷葉為什么“出淤泥而不染”？

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?？衫舷壬粫?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；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?？諝饽ぷ璧K了水對(duì)水蠅的浸潤，讓“大長腿”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?？茖W(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?？梢灶A(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。