荷葉是自然界中典型的具有自清潔現(xiàn)象的植物，落在荷葉上的水滴會(huì)形成水珠在表面自由的滾動(dòng)并帶走灰塵等臟東西。通過深入分析發(fā)現(xiàn)，荷葉表面多尺度結(jié)構(gòu)和表皮生物蠟的存在是引起荷葉表面“自清潔”的原因，荷葉擁有的這種性能被稱為“超疏水性能”。

即使在荷葉上澆上污水，也不會(huì)在葉子上留下污痕。這種“自清潔”能力的表面，在人們搞明白了“出淤泥而不染”的原因之后，通過應(yīng)用納米技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)了。

為什么有的葉子上的水珠是球形，可以滾來滾去，有的葉子上卻很扁，乖乖的呆在一個(gè)地方不動(dòng)呢？

一滴水在固體表面上，整個(gè)圖中有三個(gè)界面。紅色的是固體和水的界面，藍(lán)色的是固體和空氣的界面，黑色的是水和空氣的界面。黑色的的那個(gè)界面是彎曲的，如果我們從紅色黑色和藍(lán)色交界的地方沿著黑色曲面的方向畫一條線來，就叫做那個(gè)曲線在那個(gè)點(diǎn)的切線。在圖中，就是綠色的那條線。紅線和綠線之間有個(gè)夾角，我們把它叫作“接觸角”。

如果接觸角很大，是什么樣子呢？

當(dāng)接觸角很大的時(shí)候，水珠就呈現(xiàn)球形，水和葉子接觸的地方（相當(dāng)于上面這幅圖中的紅線）非常小，水不會(huì)再一個(gè)地方呆著，整個(gè)水珠可以滾來滾去。

如果接觸角很小，又會(huì)是什么樣子呢？

這就是一般的葉子上水珠的形狀。扁扁的，水和葉面的邊界很大（就是紅線很長）。接觸角很小，水珠也不能隨便移動(dòng)。進(jìn)一步想，如果接觸角非常小，比如說是零度了，會(huì)是什么情況呢？沒錯(cuò)，沒有藍(lán)色的線了，所有的固體都被水給占了。日常生活中，如果我們的碗或者玻璃不太干凈，比如說有油，那么就觸角就會(huì)比較大，我們就能看到水珠。如果用洗滌靈把它們洗得很干凈，放滴水上去，水就立刻鋪開，看不到水珠了。

接觸角物理原因有點(diǎn)抽象。我們需要從表面能的概念出發(fā)來理解：增加任何兩種物質(zhì)的界面，都需要一定的能量，這個(gè)量在數(shù)值上等于這兩種物質(zhì)構(gòu)成的界面的界面張力。我們比較熟知的表面張力是空氣和水的界面張力。其實(shí)不僅是空氣和液體之間，空氣和固體，液體和固體之間也存在著界面張力。再看看上面的圖，一滴水放在固體表面制造了三種界面：黑色的空氣和水的表面，紅色的水和固體的界面，還有藍(lán)色的空氣和固體的界面。把各自的界面張力乘以界面面積，加起來就得到了整個(gè)體系的界面能。

具體的數(shù)學(xué)推導(dǎo)就不作了，我們來考慮兩種極端情況。如果氣固界面張力很大而液固界面張力很小，顯然大自然傾向于把水滴完全鋪開，（誰都喜歡干省力氣的活），這就是洗干凈的普通玻璃的情況。相反，如果液固界面張力很大而氣固界面張力很小，大自然很傾向于讓空氣與固體接觸而讓液體一邊呆著，這就是荷葉或者羽毛的情況。而中間的情況，氣固和液固兩個(gè)界面張力誰也沒能一統(tǒng)天下，接觸角就是雙方妥協(xié)劃分勢(shì)力范圍的結(jié)果。其背后的決定因素還是大自然喜歡省力氣，即整個(gè)體系的表面能低。在具體劃分的時(shí)候，空氣和液體之間的表面張力也會(huì)跳出來插一杠子，所以接觸角是由固體、液體、氣體三方相互之間的界面張力來決定的。

如果我們不想讓水留在固體表面，就要增大接觸角。比如說，水在一般的布上接觸角很小，

水到了上面就把布打濕了。但是用布來做雨傘的時(shí)候，我們把一些特殊的物質(zhì)涂在布上，這樣布的接觸角就變得很大，就不會(huì)被雨水打濕了。

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