荷叶效应

荷叶效应指的是自清洁特性，这是莲花（Nelumbo）的叶子所表现出来的超疏水性的结果。由于表面的微观和纳米结构，污垢颗粒被水滴吸走，这使水滴在该表面的附着力降到最低。

在其他植物中也发现了超疏水性和自洁性，如Tropaeolum（龙葵）、Opuntia（刺梨）、Alchemilla（斗蓬草）、甘蔗，以及某些昆虫的翅膀上也有。

Dettre 和约翰逊 (Johnson) 在1964年首次使用粗糙的疏水表面研究了超疏水现象。他们的工作根据涂有石蜡或PTFE端粒的玻璃珠的实验建立了一个理论模型。

1977年，德国波昂大学的巴斯洛特 ( Wilhelm Barthlott ) 和埃勒 ( Ehler ) 研究了超疏水微纳米结构表面的自清洁特性，他们首次描述了这种自清洁和超疏水特性的莲花效应；

1986年，布朗 ( BroWn ) 开发了全氟烷基和全氟聚醚超疏水材料，用于处理化学和生物液体。

自20世纪90年代以来，出现了其他生物技术应用。

水的高表面张力使液滴呈现出近乎球形的形状，因为球形的表面积最小，因此这种形状使固液表面能最小。

当液体与表面接触时，粘附力会导致表面的润湿。完全或不完全的润湿都可能发生，这取决于表面的结构和液滴的流体张力。

自清洁性能的原因是表面的疏水憎水双重结构。这使得表面和液滴之间的接触面积和粘附力xxx减少，从而形成自清洁过程。

这种分层的双重结构是由特征表皮（其最外层称为角质层）和覆盖蜡形成的。莲花植物的表皮拥有高度为10μm至20μm、宽度为10μm至15μm的乳头，在这些乳头上施加了所谓的表皮蜡。

这些叠加的蜡是疏水性的，形成双层结构的第二层。这个系统可以再生。这种生物化学特性负责表面的拒水功能。

一个表面的疏水性可以通过其接触角来测量。接触角越大，表面的疏水性越强。接触角为<90°的表面被称为亲水，接触角为>90°的表面被称为疏水。

一些植物显示的接触角高达160°，被称为超疏水，这意味着只有2-3%的液滴（典型大小）的表面是接触的。

像荷花这样具有双重结构表面的植物可以达到170°的接触角，即液滴的接触面积只有0.6%。所有这些都导致了自我清洁的效果。

接触面积极小的污垢颗粒被水滴拾起，因此很容易从表面上清洗掉。如果水滴滚过这样的污染表面，无论其化学性质如何，污垢颗粒与水滴之间的附着力都高于颗粒与表面之间的附着力。

这种清洁效果已经在普通材料上得到证明，如不锈钢，当产生一个超疏水的表面。

由于这种自清洁效果是基于水的高表面张力，它对有机溶剂不起作用。因此，一个表面的疏水性并不能防止涂鸦。

这种效果对植物来说是非常重要的，因为它可以防止真菌或藻类等病原体的生长，对蝴蝶、蜻蜓等动物来说也是如此，因为它们无法清洗所有的身体部位。

自清洁的另一个积极效果是防止植物表面暴露在光线下的区域被污染，导致光合作用减少。

当人们发现超疏水表面的自清洁特性来自微观到纳米尺度的物理化学特性，而不是来自叶子表面的特定化学特性时，就出现了在人造表面使用这种效果的可能性，通过以一般方式而不是特定方式模仿自然。

一些纳米技术专家已经开发出处理剂、涂料、油漆、屋顶瓦片、织物和其他表面，通过以技术方式复制植物（如荷花）的自洁特性，使其保持干燥和自我清洁。

这通常可以通过在结构化的表面上使用特殊的氟化学或硅树脂处理，或使用含有微尺度颗粒的组合物来实现。