仿生材料之自洁材料
2011-08-06 17:13阅读：
自然界的两种现象：
现象一：
荷叶的表面上即使粘有很多灰尘，但是无论怎么样，都渗透不到荷叶组织结构里面，而且是水冲洗在上面就会干净。水滴落在荷叶上，会变成了一个个自由滚动的水珠。荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自然环境中应该很容易吸附水分或污渍。但是荷叶具有极强的疏水性和抗污能力。这就是著名的'荷叶自洁效应'。
现象二：
海豚及鱼类也有保洁之术，同样在水中，鱼类及海豚总是那么干净，而船只的外壳却是很快被覆盖了大量的海藻，微生物和其他贝类动物。
这些现象的理论解释：
现象一解释：
德国植物学家耗时20年，用电子显微镜观察了上千种植物的表面结构，最终揭示出荷叶自洁的秘密，他发现表面光滑的职务叶子都需清洁后才能置于显微镜下
观察，而表面覆盖着一层极薄腊晶体的叶子，却干干净净。荷叶表面上有许多微小的乳突，乳突的平均大小约为10微米，平均间距约12微米。而每个乳突有许多直径为200纳米左右的突起组成的。在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的'小山包'，它上面长满绒毛，在'山包'顶又长出一个馒头状的'碉堡'凸顶。因此，在'山包'间的凹陷部份充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，隔着一层极薄的空气，只能同叶面上'山包'的凸顶形成几个点接触。雨点在自身的表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这种结构使得和也具有超疏水性和非常小的滚动角。蔬菜植物孢粉壁具有４种典型的非光滑结构；网纹型具有清晰的网状雕纹，网眼大小不等，均匀网眼内具有小穿孔或颗粒；网刺型具有刺－网状雕纹，刺状突起分布均匀，长短不等，刺渐尖或钝尖，也有乳突状刺；粒纹型表面具有清晰的颗粒状雕纹，颗粒密度大，分布型外币表面有单型刺，分布均匀，其上有零星的小穿孔，刺－粒－纹混合型外壁表面有单型刺，分布均匀，刺间具有小颗粒和细纹状雕纹。这些微观非光滑形态结构显著地增加了表面的疏水性，使其具有自清洁的功能。这就是荷叶自洁的原因。所以荷叶也是最天然的纳米材料之一。
水与在荷叶表面的接触形式
现象二解释：
解释一：
2001年，德国科学家证实，海豚，鲸类与陆地哺乳动物一样，其皮肤受到酶作用的保护。酶在他们的皮肤上相当于生物的洗涤剂，抑制微生物的附着。
解释二：
海豚皮肤极为光滑,表面布满了纳米尺寸的微小空洞（另一说为突起物）,使得海中的有害微生物无法附著其皮肤上,海豚的皮肤因此具有自洁功能。
应用：
应用一：
1999年3月，德国某公司生产出一种油漆，它是利用硅酮树脂的防水性模仿了荷叶表面的显微结构，这种油漆保证在5年内不会脏，无须除垢剂和喷砂处理。
这种机理下研制的一种不沾水不透水的涂料
还有一种仿生荷叶薄膜在实际上是一种人造高分子薄膜，具有不沾水和不粘油的性质。
应用二：
模仿海豚皮肤的抗污原理，科学家认为借助可生物降解的混合涂料，制成天然抗污产品，以避免用污染环境的有毒油漆来保护船体。涂料会逐渐损耗，皮肤表面因而会永葆清洁。
