制备荷叶仿生材料

丛润琳

每次看到“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”的荷花，我就会产生疑问：荷花为什么会如此纯洁呢？通过查阅文献我才明白，荷花的纯洁来自荷叶表面的薄膜，这种薄膜叫做超疏水材料。

超疏水材料通常是指与水接触角大于150°、滚动角小于10°的材料，在自然界中，超疏水材料的显著表现就是“荷叶效应”。荷叶具有超疏水效果是因为其表面有许多微小突起，平均直径仅为5～9μm，每个突起由纳米结构分支组成，平均直径约为124nm。这些细微、粗糙的纳米结構让自然界出现了多种多样的疏水现象。

一、研究目的

超疏水材料因其优异的疏水性和自清洁性被广泛应用，以荷叶效应为例，在其疏水材料表面，圆圆的水滴会直接滑落，不留痕迹，因此可用它来制作不会打湿的雨伞、一尘不染的衣物、永远干净的建筑物墙面等。

二、实验过程

1.实验材料

蜡烛一支，荷叶一片，打火机一个，大螺母一个，滴管一根， 水杯一个，照相机一台。

2.实验步骤

将大螺母放在荷叶上，用打火机点燃蜡烛，将蜡加热熔化后滴在荷叶上的螺母中，等蜡在螺母中冷却凝固后，将其剥离荷叶，使与荷叶接触的蜡面朝上，用滴管吸水若干，滴在蜡面上，拍照并测量接触角（图3）。

三、实验结果

根据杨氏方程（描述固体、液体、气体三种界面张力间相关函数的方程），在理想固体表面上的接触角和固、液、气三相接触界面张力的关系为cosθ=（γSV-γSL）/γLV，其中γSV表示固-气之间的界面张力，γLV表示液-气之间的界面张力，γSL表示固-液之间的界面张力。θ为当气、液、固三相达到平衡时，水滴与液-气界面和固-液界面之间的夹角，通过接触角θ可判断材料的亲/疏水性。

当θ>90°时，材料表现为疏水性，当θ<90°时，材料表现为亲水性。θ介于150°～180°、滚动角小于10°的固体表面成为超疏水表面，含有超疏水表面的材料具有超疏水性。经过计算，我制备的这种荷叶仿生材料与水的接触角为150°，具有优良的超疏水性。

四、结论

本实验采用蜡烛加热凝固、螺母模具成型、液滴反向复制的简易可行的实验操作办法，复制了荷叶表面的微结构，制备了仿荷叶蜡面超疏水材料。该方法的原料易得，成本低，制备的材料具有良好的超疏水性，且制备效率高，重复性好。