荷花效應(yīng)又稱自潔效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)防水防油的效果，主要應(yīng)用于物體表面，可以達(dá)到防水防油的效果。能保持物體表面清潔，減少洗滌劑對(duì)環(huán)境的污染，安全省力。荷花為什么從泥里長(zhǎng)出來卻不沾？因?yàn)樗谋砻娣浅９饣酃负茈y留下？不是。科學(xué)家們用掃描電子顯微鏡觀察到，蓮花花瓣的表面像毛玻璃一樣粗糙，大小都是20微米“疙瘩”這一被稱為“荷花效應(yīng)”這一發(fā)現(xiàn)給了人們意想不到的啟示。它啟發(fā)人們開發(fā)涂料和油漆，讓墻壁像荷花一樣不被污染，永遠(yuǎn)保持鮮艷的色彩。

荷花效應(yīng)

上個(gè)世紀(jì)七十年代，德國(guó)植物學(xué)分類的科學(xué)家——威廉·巴特洛特，他和同事在試驗(yàn)中，偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有反常規(guī)的現(xiàn)象。

按慣例，實(shí)驗(yàn)用的植物都要被清洗干凈的，可是他們注意到：通常只有那些表面光滑的葉子才需要清洗，而看起來粗糙的葉子，往往很干凈。尤其是荷葉，它的表面不但不帶灰塵，而且連水都不粘。

荷花的生長(zhǎng)少不了淤泥的，因?yàn)樗峁┝朔浅ＸS富的腐殖質(zhì)，供荷花的生長(zhǎng)所需?？墒瞧扑龅暮扇~上，不但淤泥、灰塵不粘，就連水滴也很難在上面安安穩(wěn)穩(wěn)地呆上一會(huì)兒，仿佛自己就能把葉片打掃得干干凈凈的。

自古就有這么一說，就是因?yàn)楫?dāng)水珠落在荷葉上的時(shí)候，它由于表面粗糙，就是表面張力的作用，那么水珠會(huì)變成球狀，或者是近似球狀的，然后呢，它會(huì)滾離荷葉表面，然后就是帶走荷葉上面的一些污濁的物質(zhì)。

其實(shí)這出淤泥而不染，主要說的就是荷葉。

那么為什么它會(huì)有自清潔的特性呢？最開始人們認(rèn)為是荷葉上那層白色的蠟質(zhì)結(jié)晶決定的。

它表面就是有一層蠟質(zhì)的物質(zhì)，我們用眼睛就可以直接看到，而用手也能感受到。您可以用手摸一下，它有一種粗糙的感覺。

荷葉表皮細(xì)胞分泌的蠟質(zhì)結(jié)晶，在電子顯微鏡下，呈現(xiàn)出線狀或是毛發(fā)狀的結(jié)構(gòu)，并且在葉片的正面和背面都有分布。但是水在葉片背面無法形成球狀自如的滾動(dòng)，反而還會(huì)滯留在中心。

那么再跟其它植物的葉片做個(gè)比較。遠(yuǎn)了不提，就拿跟荷花同一科的睡蓮來說，它的葉子正面也有蠟，可是水滴上去，很快就鋪平、蔓延開了，更達(dá)不到水珠在荷葉上大珠小珠落玉盤的效果。所以除了蠟質(zhì)結(jié)晶之外，一定還另有門道。

如果用電子顯微鏡觀察的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它（葉）表面有一些這種微小的這種突起，這種微小的突起是這種微米級(jí)的微小的突起，然后這種微小的微米級(jí)的突起上面，又形成一種納米級(jí)的突起。

我們觸摸荷葉時(shí)粗糙的感覺，實(shí)際上就是由這些微小的突起產(chǎn)生的，它們平均大小約為10微米。而那些更小的突起，直徑只有200個(gè)納米左右。

要知道微米只有毫米的千分之一，而納米更是小到一定程度了，它只有微米的千分之一。到底有多大？我給您打個(gè)比方，假設(shè)一根頭發(fā)的直徑是0.05毫米的話，嚓、嚓、嚓、嚓，把它縱向剖成5萬根，那每根的厚度大約就是1個(gè)納米，夠小的吧。

沒想到吧，在荷葉粗糙的表面上，竟然有著這么精細(xì)的微米加納米的雙重結(jié)構(gòu)。

第一個(gè)結(jié)構(gòu)就是它的那個(gè)微米級(jí)的乳凸，大概可能是10微米，到12微米，這么一個(gè)大小，然后深度可能是12到15微米之間，這種乳凸，然后乳凸上面有一個(gè)那個(gè)，就是表皮分泌的蠟質(zhì)結(jié)晶，那個(gè)在電子顯微鏡的觀察下，可以看出來它是那種毛發(fā)或者是線狀的結(jié)構(gòu)。

也就是說，在那些“微米尺度”的小山上又疊加了許多“納米”小山。這樣一來荷葉的表面，就布滿了“山頭”，“山”與“山”之間的空隙非常窄，再小的水滴也只能在“山頭”上跑來跑去。而水滴在滾動(dòng)的時(shí)候，也就帶走了葉子上的塵土和細(xì)菌。

那么是不是有了這樣的結(jié)構(gòu)，就能保證荷葉不沾水了呢？

科學(xué)家很快又發(fā)現(xiàn)，如果我們把荷葉放到水里浸泡一段時(shí)間，荷葉表面會(huì)從疏水變得親水，這又是為什么呢？

德國(guó)有一個(gè)科學(xué)家做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，把荷葉放到水里10米以下再拿出來的時(shí)候，再測(cè)它就變成親水了，因?yàn)樗褪钦T捕在乳凸和納米結(jié)晶之間那個(gè)空氣被排除了，是那個(gè)水分子一點(diǎn)一點(diǎn)的進(jìn)去，進(jìn)到那個(gè)空氣的膜里，把空氣排出以后，它這個(gè)就變成了親水了。

原來，那些個(gè)頭遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“小山”的水珠和塵埃，之所以能在“山頭”上跑來跑去，不單是因?yàn)樯街g的縫隙太小，最關(guān)鍵的是因?yàn)樯胶蜕街g都被空氣填地嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，形成了一個(gè)類似氣墊的東西，把水滴給隔開了。如果氣墊沒有了荷葉也會(huì)變得親水。

浸在水中的荷葉，由于壓力的作用，把這層空氣從小山中間擠了出去，因此就出現(xiàn)了科學(xué)家所看到的現(xiàn)象。

自從發(fā)現(xiàn)了荷葉不粘水的自清潔特點(diǎn)之后，人們就把這種現(xiàn)象稱為荷花效應(yīng)。但其實(shí)，在自然界有很多生物都表現(xiàn)出類似的特點(diǎn)。

水稻的葉子也是不粘水的，與荷葉的不同在于，荷葉上的水滴，可以在平面內(nèi)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。而水稻葉片上的水滴通常是沿著葉脈的方向滾落，垂直葉脈的時(shí)候，相對(duì)就有些困難。但是這都與它們各自葉片的形狀相適應(yīng)。

不光是植物，動(dòng)物也有。比如說，水黽它在水上行走時(shí)就是，水黽腿在水上直立行走，其實(shí)也是因?yàn)樗w腿它是一個(gè)超疏水的，所以因?yàn)樗砻鎻埩Φ淖饔脮?huì)把水排開，然后支撐它的身體，然后讓它跳躍，蚊子也是。

盡管如此，人們始終認(rèn)為荷葉的表面結(jié)構(gòu)，所體現(xiàn)的自清潔特性最為完美，一直希望能模仿它，從而制造出各種各樣的疏水材料。

這事兒看起來很簡(jiǎn)單，做起來難。您想，那么精細(xì)的形態(tài)，都是我們通過電子顯微鏡才看清楚的，想憑這樣兩只手去復(fù)制類似結(jié)構(gòu)，幾乎不可能，因此，這里頭有著非常高的技術(shù)含量。不過在科學(xué)家的幫助下，我們的夢(mèng)想正在慢慢照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

威廉·巴特洛特是德國(guó)波恩大學(xué)植物研究所的所長(zhǎng)，他領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，蓮花的潔凈中隱藏著一個(gè)秘密：當(dāng)雨停了的時(shí)候，某些植物顯得很濕潤(rùn)，而另一些植物則立刻就干了，而且顯得很干凈。由此發(fā)明了一項(xiàng)新技術(shù)，生產(chǎn)出表面完全防水并且具備自潔功能的材料。這是一項(xiàng)用途廣泛的新技術(shù)，它使人們不再為建筑物及表面的清潔問題發(fā)愁，也不必再為汽車、飛機(jī)和各種運(yùn)輸工具的清潔問題大傷腦筋。它不僅省去了周末例行的擦洗汽車的工作，使人們大大節(jié)省了體力，同時(shí)因?yàn)闇p少了使用有毒清潔劑，用于環(huán)保方面的支出也相應(yīng)減少。

通過電子顯微鏡對(duì)1萬多種植物的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，最終揭示表面光滑的葉子都需要經(jīng)過清洗才能置于顯微鏡下觀察，而表面覆蓋著一層極薄蠟晶體的葉子（這正是防水葉面的特點(diǎn)）卻干干凈凈。

事實(shí)上，在擁有“蠟盾”的葉面上，污物的粒子只是勉強(qiáng)立足，難以扎根，少量水就可以將其沖走。植物學(xué)家們組織了一場(chǎng)各類植物的抗污比賽：將防水性最佳的植物（從340種植物中選出）置于含有大量石英粉塵、二氧化硫和復(fù)印機(jī)墨粉的污染物中，然后，再將這些植物置于雨水 中，或用人工噴霧，以檢驗(yàn)在直徑為0.5毫米的水滴中其自潔機(jī)能的效果。在高倍電子顯微鏡的幫助下，研究人員進(jìn)行了一系列試驗(yàn)后，取得了綜合數(shù)據(jù)。他們特別測(cè)量了水滴和葉面之間的接觸的角度：該角度越大，清潔所需的水量就越少。蓮花葉面與水滴的接觸角度平均為160度，最接近180度的極限值。

結(jié)論是微小的蠟晶體使植物葉面變得粗糙，這是植物具有抗污機(jī)理的關(guān)鍵所在。

1999年3月，第一種產(chǎn)品問世。在不久的將來，太陽(yáng)能板、道路交通標(biāo)識(shí)牌、花園中的座椅和苫布等覆蓋材料都只需用少量的水就可沖洗干凈。這還僅僅是一個(gè)開始，幾年之后，“蓮花效應(yīng)”可能直接應(yīng)用于任何露天建筑物或交通工具的油漆、涂料和表面材料上。

仿荷葉結(jié)構(gòu)的防水納米布

中國(guó)是在世界上第一個(gè)做出納米布的國(guó)家，是中科院化學(xué)所做出來的；

丙綸織物，用顆粒大小為20納米左右的聚丙烯水分散液，浸軋，光照。使顆粒粘結(jié)在纖維表面上，形成凸凹不平的表面結(jié)構(gòu)，成為雙疏材料，即疏水又疏油。用油或水往這種布上倒，都不會(huì)浸濕，也不會(huì)玷污。

其實(shí)，荷葉天然地就具有這樣的性質(zhì)。水滴從來都浸不濕荷葉，就是因?yàn)楹扇~上長(zhǎng)著據(jù)說是700個(gè)納米尺度的一些絨毛，絨毛非常密，我們?nèi)庋劭春茈y分辨出來。但是用手摸能感覺到一種絨絨的東西。這個(gè)東西就讓荷葉失去了水對(duì)它的浸潤(rùn)性。

具有這樣特點(diǎn)的這種布就帶有了自潔性。如果我們用這種材料做成衣服，就會(huì)防水。如果用這種材料處理玻璃，做成表面凸凹不平的結(jié)構(gòu)，看起來沒有任何問題，但不會(huì)結(jié)霧，不會(huì)沾水。

關(guān)于納米防水拒油領(lǐng)帶

為什么荷葉具有如此良好的疏水性？國(guó)外科學(xué)家曾提出，荷葉的疏水性在于其微米結(jié)構(gòu)，而中科院化學(xué)所的研究員萬立駿等人在研究中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，荷葉的疏水性源于其納米結(jié)構(gòu)。他們將這一成果與浙江某企業(yè)合作，研制出“防水”領(lǐng)帶，并被江澤民主席作為禮物送給布什總統(tǒng)。

氣浮防水材料的自性潔

作為超分子研究成果應(yīng)用的一個(gè)重要例子，德國(guó)波恩大學(xué)Barthlott教授從荷葉的自清潔效應(yīng)得到啟發(fā)，研制成功了易于清潔建筑物及交通工具表面的涂料。水珠從荷葉上滾落，可以清除其上吸附的灰塵顆粒，這便是荷葉的自“清潔效應(yīng)”，Barthlott教授最早認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)并將其應(yīng)用到生活中的清潔處理。荷葉效應(yīng)作為一個(gè)很好的模型，可以用于諸多的領(lǐng)域的研究，如基于荷葉效應(yīng)生產(chǎn)的涂料可方便房屋或建筑物表面的清潔。荷葉效應(yīng)可以大大降低人們對(duì)于清潔劑的使用，有益于環(huán)境保護(hù)。

荷葉的表面組織形態(tài)

德國(guó)波恩大學(xué)的Barthlott博士多年從事荷葉效應(yīng)的生物研究，取得了卓著的成績(jī)，曾于1998年榮獲德國(guó)總統(tǒng)未來獎(jiǎng)提名。德國(guó)ispo公司與Barthlott博士合作，將荷葉的微觀結(jié)構(gòu)“克隆”到ispo公司生產(chǎn)的有機(jī)硅涂料--露珠仙中，成功地將荷葉效應(yīng)應(yīng)用于涂料之中。在放大7000倍的顯微鏡下可以看到，荷葉使水和塵埃在其表面的接觸面積減少了90%多，水被排除得幾乎毫無殘留，并帶走了每一顆附在水中的塵埃顆粒。

荷葉與疏水涂料的試驗(yàn)

科學(xué)發(fā)明者想到的是荷葉為什么有著超強(qiáng)的疏水性？如果應(yīng)用在生活用品上，就像“荷葉面”雨傘，撐雨疏水，抖水即干，不必?fù)?dān)心帶到室內(nèi)會(huì)滴水了。土耳其科賈埃利大學(xué)的研究人員對(duì)荷葉的表面是不是非常光滑展開了研究。在顯微鏡下，研究人員看到荷葉是一種類似于海綿或是鳥巢的孔狀組織，空氣填充在列隙中，從而防止水吸附于葉面。研究人員測(cè)定了水在人的皮膚、水鳥羽毛上的接觸角，皮膚為90度，水鳥羽毛和荷葉與水珠的接觸角分別為150度和170度，后來，研究人員在溶劑中溶解聚丙烯，獲得了這種應(yīng)用塑料的普通液體，再加入一種凝結(jié)劑制成涂料，把它涂在玻璃片上，在一個(gè)真空烤箱中使溶劑蒸發(fā)，得到一種多孔的凝膠層。當(dāng)研究人員在凝膠層上滴下水珠后，發(fā)現(xiàn)它的疏水能力可以與荷葉媲美，并且與水珠的接觸角度達(dá)到了160度。

由此，研究人員認(rèn)為，生產(chǎn)超強(qiáng)疏水性涂料時(shí)，再也無需昂貴的材料和耗時(shí)的過程了，更不需要加入什么納米材料，因?yàn)椤昂扇~的疏水效應(yīng)”給人提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，可以用來解決制造超強(qiáng)疏水性涂料的技術(shù)難題，所以，生產(chǎn)超強(qiáng)疏水性涂料的成本也有望大大地降低了。

用規(guī)聚丙烯研制新型防水涂料

據(jù)海外媒體報(bào)道，土耳其Kocaeli大學(xué)的研究人員最近開發(fā)成功一種利用立構(gòu)等規(guī)聚丙烯（iPP）生產(chǎn)超級(jí)憎水性防水涂料的簡(jiǎn)單易行方法。這種方法是使用溶劑處理方法形成一種類似溶膠的iPP涂層，其表面結(jié)構(gòu)像荷葉那樣具有防水性。據(jù)研究人員稱，該涂料可廣泛用于玻璃、金屬、紡織品及其他結(jié)構(gòu)表面。

據(jù)報(bào)道，研究人員把iPP溶解于對(duì)二甲苯中，并加入環(huán)己酮、異丙醇或甲乙酮助溶劑（Nonsolvent）制成溶膠，把溶膠涂刷至結(jié)構(gòu)表面，溶劑揮發(fā)后即形成涂層。

納米孔的氣浮功能

在荷葉的掃描電鏡的照片上，表面結(jié)構(gòu)清晰可見，那些凹凸不平的納米結(jié)構(gòu)正是科研人員尋找的答案。經(jīng)過凹凸納米結(jié)構(gòu)處理過的織物，開始表現(xiàn)疏水、疏油的特性。實(shí)際上在這種荷葉上的許許多多納米孔，在水滴或油滴乃至液體滴在這個(gè)介面的時(shí)候，會(huì)形成一層氣膜，使水或油都不能侵入這個(gè)表現(xiàn)，因此產(chǎn)生了一個(gè)奇妙的疏水疏油的效果。

荷花能自身加熱，即使外界溫度降到10℃，它也能保持花朵內(nèi)35℃的溫度，一株盛開的荷花可提供1瓦的功率。這一能量來自荷花細(xì)胞內(nèi)能發(fā)熱的線粒體——細(xì)胞的“動(dòng)力機(jī)構(gòu)”。荷花的自身加熱有利于花粉傳播。荷花有一種潛藏于蓮子的旺盛的生命力?？茖W(xué)家用一顆1288年以前的古老蓮子培育出新的健康荷株。沉睡了近千年的蓮子竟然在4天后長(zhǎng)出嫩綠的新芽。科學(xué)家從千年古蓮中離析出一種酶，發(fā)現(xiàn)是這種酶在修理細(xì)胞本身的蛋白質(zhì)損壞造成的缺陷。倘若能從蓮子中分離出負(fù)責(zé)修理“衰老損壞”的基因，不也可以把這種基因移植到其他植物乃至人身上，讓人類的不老夢(mèng)想成真嗎？

荷花是水生植物，性喜相對(duì)穩(wěn)定的平靜淺水，湖沼、澤地、池塘是其適生地。荷花的需水量由其品種而定，大株形品種如古代蓮、紅千葉相對(duì)水位深一些，但不能超過1.7米．中小株形只適于20～60厘米的水深。同時(shí)荷花對(duì)失水十分敏感，夏季只要3小時(shí)不灌水，缸栽荷葉便萎靡，若停水一日，則荷葉邊焦，花蕾回枯．荷花還非常喜光，生育期需要全光照的環(huán)境。荷花極不耐蔭，在半蔭處生長(zhǎng)就會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的趨光性．

都說荷花"出淤泥而不染"，這是人們對(duì)荷花人格化品德的贊揚(yáng)。實(shí)際上，荷花的地下莖在淤泥中生長(zhǎng)，哪有不被有毒物質(zhì)侵染的呢？只因藕的特別細(xì)密的表皮組織和含有丹寧的下皮，具有一定的阻擋或吸收有毒物質(zhì)的能力，因而有毒物質(zhì)多黏附在表皮上或滲入表皮中，人的肉眼看不見罷了。故此要記住在食用藕時(shí)削去外皮，不要把有毒物質(zhì)也吃進(jìn)肚中。

自古以來，荷花就因其在觀賞、食用、藥用及其他用途而得到人們的喜愛。風(fēng)景名勝之處荷花的觀賞功能自不必說，它的食用功效也更是早為人知。早在五千年前，先人就已經(jīng)采摘蓮實(shí)為糧了。先今人們則把藕、蓮子和花做成了菜肴，走進(jìn)了國(guó)際市場(chǎng)。此外荷花的莖、葉、花、實(shí)都是中藥用材，有些部分還是某些疾病的特效藥呢。

荷花對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境有著極強(qiáng)的適應(yīng)能力，不僅能在大小湖泊、池塘中吐紅搖翠，甚至在很小的盆碗中亦能風(fēng)姿綽約，裝點(diǎn)人間。在我國(guó)荷文化史上，盆荷這種形式出現(xiàn)之初只是被用于私家庭院觀賞。如今，在我國(guó)各地園林中，盆荷的應(yīng)用非常廣泛。盆栽和池栽相結(jié)合的布置手法，提高了盆荷的觀賞價(jià)值，在園林水景和園林小品中經(jīng)常出現(xiàn)。荷花水石盆景是今幾年在杭州出現(xiàn)的一種新的盆景。它是荷花盆栽與水石盆景的有機(jī)結(jié)合，既體現(xiàn)山石的剛毅挺拔，又顯示荷花的嬌艷嫵媚。荷花盆景可選用珊瑚石、砂積石、斧劈石、英石等山石作材料。