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接觸角和表面張力荷葉效應

閱讀:7617      發布時間:2009-04-14
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人們知道接觸角和表面張力已經很多很多年了,但是很長的時間內卻無法作出荷葉那樣的表面來。也就是說,人們找不到那么疏水的物質,可以是使接觸角象荷葉表面那么大。荷葉表面,有著什么樣的秘密呢?

直到二十世紀七十年代,因為掃描電子顯微鏡的使用,人們才開始明白荷葉高度疏水的原因。下面是用電子掃描顯微鏡“看”到的荷葉表面。

 

clip_image012[4]

 

荷葉表面原來非常的粗糙!左邊的照片上的標度是20微米(微米是千分之一毫米),也就是說,荷葉表面布滿了大小在幾微米到十幾微米之間的突起。如果把這些突起繼續放大,如右邊的圖,每個突起上還布滿了更小的突起,或者說細毛。荷葉的*疏水性,原來不僅跟表面疏水性有關,還跟這種超微結構有關。

為什么這樣的“粗糙”結構就能產生*的疏水性呢?我們來看下面的圖:

    clip_image014[5]

前面說了,接觸角的形成是減小整個體系總界面能的結果。對于一個疏水的固體表面來說,當表面不平有微小突起的時候,有一些空氣會被“關到”水與固體表面之間,水與固體的接觸面積會大大減小。具體的數學推導在這里就省略了,總之,科學家們可以從物理化學的角度用數學來證明:當疏水表面上有這種微細突起的時候,固體表面的接觸角會大大增加。

 

當接觸角不是特別大的時候,象*副圖中的草葉上,水滴呈半球形,而半球形是無法滾動的。如果有了這種超微結構,象荷葉表面,接觸角接近180度,水滴接近于球形。而球,可以很自如地滾動。即使葉子上有了一些臟的東西,也會進入水中被水帶走。這樣接觸角非常大的表面(通常大于150度),就被稱為“超疏水表面”,而一般的疏水表面只要接觸角大于90度就行了。超疏水表面的特性就在于:水在上面形成球狀滾動,同時帶走上面的污物,這樣的表面就具有了“自清潔”的能力。

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美國科諾工業有限公司 (戰略合作伙伴:上海梭倫信息科技有限公司)

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