什么是涂料的荷叶效应
中文名称：莲叶效应
拼音名称：lián ye xiào yìng
英文名称：Lotus Effect
莲叶效应主要是指莲叶表面具有超疏水(superhydrophobicity)以及自洁(self-cleaning)的特性。由于莲叶具有疏水、不吸水的表面，落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠，换言之，水与叶面的接触角(contactangle)会大于150度，只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚离叶面。因此，即使经过一场倾盆大雨，莲叶的表面总是能保持干燥；此外，滚动的水珠会顺便把一些灰尘污泥的颗粒一起带走，达到自我洁净的效果，这就是莲花总是能一尘不染的原因。
巴特洛特他们在显微镜下发现，莲叶的表面有一层茸毛和一些微小的蜡质颗粒，水在这些纳米级的微小颗粒上不会向莲叶表面其他方向蔓延，而是形成一个个球体，就是我们看到莲叶上滚动的雨水或者露珠，这些滚动的水珠会带走叶子表面的灰尘，从而清洁了叶子表面。
莲花效应的效率极高。科学家们模拟莲叶的表面，发明了纳米自清洁的衣料和建筑涂料，只需一点水形成水滴，就可以自动清洁衣物和建筑表面。
一种仿生复合材料所具有的特性，像荷叶一样具有自动清洁的功能，故称莲花效应。
刀刃的表面无法被水珠附着的事实已经被验证而且广为人知。但是人们往往会忽视这样的表面同样很难被弄脏。
在一个光滑的表面上脏的颗粒只会随着水滴的滴落而移动，他们附着在水滴滚动时产生的粗糙表面上从而被洗刷下来。这种关系只在最近才被注意到而且用实验得以证实。
因为在亚洲文化中被看作纯洁象征物的莲花的大型类似于盾牌形状的叶片上常常可以见到这种现象，所以人们把它成为“莲花效应”。
如果水滴滚过莲花的叶片，它们将卷起所有的灰尘微粒并将它们带离叶片。这个“莲花效应”原理如此有效，以至于即使是在被“蹂躏”过的莲花叶片上依然无法使得水珠和灰尘微粒附着。
特殊的表面结构和产生蜡质的功能使得莲花的叶片几乎不受其他自然界现象的影响。它与人类对自然界影响的反应很不相同，如对环境中化学物质的影响反应等等。对于目前不得不广为使用的属于表面活性剂的化学物质来说，为了达到保持植物中有效营养成分的目的，它们被全世界的植物代理商广泛使用。这些活性剂不仅破坏了蜡质晶体的完美结构，使得叶片容易被水润湿。而且造成这样的后果：就是植物上的脏物质将无法再被彻底清除，而在不理想的环境中，还将被孢子、真菌或者细菌这些可以感染植物的微生物所侵染。
莲叶效应描绘了一个很有效的生物模型系统，用它可以来制作人工的防污表面，因为它基于一个纯物理化学的原理。
有许多的领域和方面需要这种应用，如衣料的外表面、房顶、自动喷漆器等等。如果可以使得这些领域的自清洁功能得以实现，显然会带来很多好处，而且可以节省清洁花费的费用。在工业合作中，目前正在努力将莲叶效应转化成实际的技术应用。虽然肯定还需要耗费一些时间，但是肯定迟早会有这种实用的产品走向市场。
很久很久以来，优化的自洁功能已在自然界存 在，荷花叶子就是其中的代表。荷叶表面具有很好的憎水性，并实际上是不能湿润的，它还出污泥而一尘不染。这是为了适应环境而长期演变的结果。德国波恩大学植物学教授 W ． Bartblott 研究了荷花叶子的结构和荷叶效应机理。经研究发现，荷花叶子之所以具有以上性能，是因为叶子表面既憎水，又有一个显微结构。
德国 Sto 上市公司下属 ISPO 公司，根据荷叶效应机理和硅树脂外墙涂料的实际应用结果，经过 3 年研究工作，成功地把荷叶效应移植到外墙乳胶漆中，开发了微结构有机硅乳胶漆，即荷叶效应乳胶漆。这种荷叶效应乳胶漆采用具有持久憎水性的少乳化剂有机硅乳液等一些专门物质，并形成一个纳 米级显微结构，从而使其涂膜具有类似荷花叶子的表面结构，达到拒水保洁功能。
市场上的荷叶效应涂料或乳液，绝大多数是通过降低表面张力来实现的。这种通过降低表面张力的方法，其提高与水的接触角的能力有限，约能提高 至 120 ° 左右，如市场上的硅树脂涂料与水的初始接触角约为 93 ° ～ 1 15 ° ，它们与灰尘的接触面积基本没变，因此，荷叶效应的结果是有限的，很难达到既保持涂膜干燥，又具有自洁功能。
与水的接触角至少要达到 130 ° ，这时表面具有显著的憎水性，成珠滚落的雨水才具有自洁功能 。 材料的性能是由其组成和结构决定的。把降低表面张力和形成显微结构结合起来，才能取得很好 的荷叶效应结果。根据表面物理化学中表面平整度对接触角的影响规律可知，当接触角小于 90 ° 时，表面粗糙度大些能使接触角进一步减小；而当接触角大于 90 ° 时，粗糙表面能使接触角进一步提高。荷叶效应乳胶漆涂膜与水的接触角大于 90 ° ，所以粗糙的 显微结构可提高接触角，约能提高至 140 ° 。另一方面，一个显微粗糙表面，还可以使灰尘与涂膜的接触面积降至原来的 1 ％以下，从而使灰尘与水的粘附 力大于灰尘与涂膜的附着力。因此，下雨时，雨水在墙 面上成珠滚落，同时把灰尘带走，使墙面保持干燥和清洁。
荷叶表面的表面形貌是一种乳突结构
这赋予了它巨大的比表面积，和相对很小的表面能
因而，就有一类仿生涂料的出现，仿照荷叶的表面形貌，能做出一个微观结构上凹凸不平的表面，具有一个微米-纳米阶层的结构，使得小液滴无法润湿表面，而是呈现一种滚动的状态，这种表面能做到150+的接触角，甚至我看过一个国外的报道，能做到180度的超级双疏表面。超双疏的概念就是超疏水/疏油。
因此您所说的涂料能达到防粘贴抗涂鸦的作用。
荷叶不粘水的自清洁特性，人们把这种现象称为荷花效应。当水滴落在荷叶上时，荷叶与水珠间形成一个高度的接触角(大于90度)，使之聚集成珠状而不扩散。
通常，人的皮肤具有轻微疏水性，接触角大约为90度，而荷叶接触角接近170度，叶子表面极度疏水。但是科学家发现，尽管实际接触荷叶的雨水很少，水滴滑落并不是没有摩擦，水滴带走了叶子上的尘土和细菌，起到“自清洁”的功能。
荷叶的效应意义
荷叶进化出如此复杂的表面微纳结构，其生物学意义首先在于防止微生物、真菌和藻类等的生长繁殖，其次在于防止表面污染，减少污染物对叶片光合作用和开关气孔的阻碍。这种由表面微纳结构产生的自清洁能力在动物中也同样存在，比如蝴蝶和蝉的翅膀。
通过模仿荷叶表面的微纳结构，人们可以制备多种材料的超疏水自清洁表面，在涂料和纺织领域都有应用，如外墙乳胶漆、卫生间防水漆、防水防污的织物等，都是利用了荷叶效应。
荷叶表面除了含有蜡质成分，“荷叶效应”的产生与荷叶的两种结构有关，一种是微米级的凸起，一种是纳米级的毛状结构。含有两种结构的荷叶的接触角为142度，只含有微米结构的荷叶接触角为126度，单独只含蜡质表面的接触角为74度。科学家认为，纳米级的毛状结构使接触角增加16度，这两种结构是“荷叶效应”的主要成因。
“荷叶效应”作为一个很好的模型，可以用于诸多的领域的研究，如基于荷叶效应生产的涂料可方便房屋或建筑物表面的清洁，未来荷叶效应将有更广阔的发展前景.
荷叶表面有气孔分布，至于被水淹没时气孔到底是开放还是关闭至今没有见到相关研究，因为有些叶片气孔只分布在叶片上面，比如睡莲，因此推测下雨天气孔还是要开放的，因为气孔一旦关闭，则无法产生蒸腾拉力，植物也就无法生存了。
对于荷叶而言，荷叶的表面有一种特殊的效应，水珠无法粘附在荷叶上面，也就是说，即使将荷叶泡在水里拿出来，荷叶依然不粘一滴水，这种现象后来被定义为荷叶效应，直到近期才通过电镜等手段解开荷叶效应的原因，而且已经有许多家油漆涂料等产品依据荷叶效应开发出了不吸水的油漆涂料，关于荷叶效应见下面。
经过两位德国科学家的长期观察研究，即上世纪九十年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。在超高分辨率显微镜下可以清晰看到，荷叶表面上有许多微小的乳突乳突的平均大小约为10微米，平均间距约12微米。而每个乳突有许多直径为200纳米左右的突起组成的。在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的"小山包"，它上面长满绒毛，在"山包"顶又长出一个馒头状的"碉堡"凸顶。因此，在"山包"间的凹陷部份充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，隔着一层极薄的空气，只能同叶面上"山包"的凸顶形成几个点接触。雨点在自身的表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这就是"荷叶效应"能自洁叶面的奥妙所在。
研究表明，这种具有自洁效应的表面超微纳米结构形貌，不仅存在于荷叶中，也普遍存在于其它植物中。某些动物的皮毛中也存在这种结构。其实植物叶面的这种复杂的超微纳米结构，不仅有利于自洁，还有利于防止对大量漂浮在大气中的各种有害的细菌和真菌对植物的侵害。另外，更重要的是，为了提高叶面吸收阳光的效率，进而提高叶面叶绿体的光合作用。
参考资料：http://blog.sina.com.cn/u/48c1d805010002ho
