制備荷葉仿生材料

山東省青島市青島大學附屬中學初一（16）班 叢潤琳

每次看到“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”的荷花，我就會產生疑問：荷花為什么會如此純潔呢？通過查閱文獻我才明白，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就是“荷葉效應”。荷葉具有超疏水效果是因為其表面有許多微小突起，平均直徑僅為5～9μm，每個突起由納米結構分支組成，平均直徑約為124nm。這些細微、粗糙的納米結構讓自然界出現了多種多樣的疏水現象。

一、研究目的

超疏水材料因其優異的疏水性和自清潔性被廣泛應用，以荷葉效應為例，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、永遠干凈的建筑物墻面等。

二、實驗過程

1.實驗材料

蠟燭一支，荷葉一片，打火機一個，大螺母一個，滴管一根， 水杯一個，照相機一臺。

圖1 荷葉表面的結構示意圖

圖2 玫瑰花瓣和蚊子復眼表面的結構示意圖

2.實驗步驟

將大螺母放在荷葉上，用打火機點燃蠟燭，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、實驗結果

根據楊氏方程（描述固體、液體、氣體三種界面張力間相關函數的方程），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為當氣、液、固三相達到平衡時，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。

圖3 觀察材料形貌

當θ＞90°時，材料表現為疏水性，當θ＜90°時，材料表現為親水性。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°，具有優良的超疏水性。

四、結論

本實驗采用蠟燭加熱凝固、螺母模具成型、液滴反向復制的簡易可行的實驗操作辦法，復制了荷葉表面的微結構，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，重復性好。

圖4 仿荷葉蠟面材料的照片及與水的接觸角