制備荷葉仿生材料

叢潤琳

每次看到“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”的荷花，我就會產(chǎn)生疑問：荷花為什么會如此純潔呢？通過查閱文獻(xiàn)我才明白，荷花的純潔來自荷葉表面的薄膜，這種薄膜叫做超疏水材料。

超疏水材料通常是指與水接觸角大于150°、滾動角小于10°的材料，在自然界中，超疏水材料的顯著表現(xiàn)就是“荷葉效應(yīng)”。荷葉具有超疏水效果是因?yàn)槠浔砻嬗性S多微小突起，平均直徑僅為5～9μm，每個突起由納米結(jié)構(gòu)分支組成，平均直徑約為124nm。這些細(xì)微、粗糙的納米結(jié)構(gòu)讓自然界出現(xiàn)了多種多樣的疏水現(xiàn)象。

一、研究目的

超疏水材料因其優(yōu)異的疏水性和自清潔性被廣泛應(yīng)用，以荷葉效應(yīng)為例，在其疏水材料表面，圓圓的水滴會直接滑落，不留痕跡，因此可用它來制作不會打濕的雨傘、一塵不染的衣物、永遠(yuǎn)干凈的建筑物墻面等。

二、實(shí)驗(yàn)過程

1.實(shí)驗(yàn)材料

蠟燭一支，荷葉一片，打火機(jī)一個，大螺母一個，滴管一根， 水杯一個，照相機(jī)一臺。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

將大螺母放在荷葉上，用打火機(jī)點(diǎn)燃蠟燭，將蠟加熱熔化后滴在荷葉上的螺母中，等蠟在螺母中冷卻凝固后，將其剝離荷葉，使與荷葉接觸的蠟面朝上，用滴管吸水若干，滴在蠟面上，拍照并測量接觸角（圖3）。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)楊氏方程（描述固體、液體、氣體三種界面張力間相關(guān)函數(shù)的方程），在理想固體表面上的接觸角和固、液、氣三相接觸界面張力的關(guān)系為cosθ=（γSV-γSL）/γLV，其中γSV表示固-氣之間的界面張力，γLV表示液-氣之間的界面張力，γSL表示固-液之間的界面張力。θ為當(dāng)氣、液、固三相達(dá)到平衡時，水滴與液-氣界面和固-液界面之間的夾角，通過接觸角θ可判斷材料的親/疏水性。

當(dāng)θ>90°時，材料表現(xiàn)為疏水性，當(dāng)θ<90°時，材料表現(xiàn)為親水性。θ介于150°～180°、滾動角小于10°的固體表面成為超疏水表面，含有超疏水表面的材料具有超疏水性。經(jīng)過計算，我制備的這種荷葉仿生材料與水的接觸角為150°，具有優(yōu)良的超疏水性。

四、結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用蠟燭加熱凝固、螺母模具成型、液滴反向復(fù)制的簡易可行的實(shí)驗(yàn)操作辦法，復(fù)制了荷葉表面的微結(jié)構(gòu)，制備了仿荷葉蠟面超疏水材料。該方法的原料易得，成本低，制備的材料具有良好的超疏水性，且制備效率高，重復(fù)性好。