白露

WhiteDew

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/09/07

露珠是自然界一种常见的现象，秋天的后半夜，空气湿度大，温度低，空气中的水蒸气凝结成液滴落在低矮的植物叶子上，成为晶莹透亮的露珠，煞是好看，幽静的画面给人以美的享受，常常被诗人描写，借以抒发细腻美好的情感。

秋荷病叶上，白露大如珠。

唐代诗人白居易的《东陂秋意寄元八》

秋荷叶上露珠流，柄柄倾来盎盎收

清帝乾隆的《荷露烹茶》

这些名诗佳句不仅给了我们美的享受，而且给予我们知识的启迪。大家是否会想到为什么露水落在植物的叶子上就会形成圆圆的，晶莹剔透、纯洁透明的露珠；而打在衣服上，却“道狭草木长，夕露沾我衣”呢？从流体力学的角度看来，这是因为在植物叶子的表面形成了超疏水现象(图1)。

图1荷叶上的露珠形成的超疏水现象

荷叶的表面的超疏水为什么能长期保持?

荷叶的疏水性源于其纳米结构，即在每个微米级乳突的表面又附着着许许多多与其结构相似的纳米级颗粒。正是具有这些微小的双重结构，使荷叶表面与水珠儿或尘埃的接触面积非常有限，因此便产生了水珠在叶面上滚动并能长期保持。

超疏水材料的应用

超疏水材料在生产和日常生活中具有广泛的应用前景和应用价值。现在已经可以利用化学蚀刻法、溶胶凝胶法、模板法、化学沉积法等多种方法制备出不少性能优异的超疏水材料(图2)。

(a)

(b)

图2人工制备的超疏水材料(图(a)白色圆圈为图(b)白线所指位置放大)

1.输水管道减阻防垢

现有的输水管道具有损耗大、输运阻力大、易锈蚀堵塞等缺点，如果在输水管道的内壁采用超疏水材料，可以起到防锈蚀、防结垢、节省损耗、减小输运阻力的作用，提高管道的输水效率。

2.舰船减阻提速

常规的水上船只，其表面摩擦阻力约占总阻力的50%；对于水下运动的物体如潜艇、水雷、鱼雷，其表面摩擦阻力占总阻力可达70%；如果其表面经过加工处理成微纳二级结构的超疏水表面，可以大幅减小其表面摩擦阻力，起到节能减排的作用。

3.墙壁、太阳能电池板、纺织材料防水自清洁

建筑外墙、太阳能电池板、风力机叶片、雷达、天线、路灯、旗帜等长期放置在户外的装置容易被灰尘、昆虫等黏附，影响外观和使用，如果这些装置的表面使用超疏水材料，在雨水的冲刷下可以很容易清除污垢，起到自清洁的作用。

图3超疏水表面的太阳能电池板

4.超疏水材料在空调冰箱中的应用

冰箱制冷时，内壁上就会产生冷凝水，使冰箱内壁结冰从而降低制冷效率，增加耗电。而在冬天加热时，空调室外机换热器又会结霜，使传热系数降低。增强空调换热器表面和冰箱内壁的疏水特性可以在结霜初期延缓初始霜晶的出现并影响霜层的结构。研究表明，超疏水壁面具有明显的延缓结霜作用，形成的霜层疏松，结构脆弱，容易去除，并且表现出良好的重复性和耐久性；对不同微纳米表面的疏水壁面进行结霜实验发现，由于纳米二级结构之间的空隙足够小，冷凝液滴不能够侵入到微结构间隙里，使全纳米结构的表面霜晶出现时间更晚，覆盖率更小。超疏水表面也可以用于飞机表面，延缓飞机在高空结冰。

5.超疏水材料在生物医学领域的应用

植入病人体内的基材，需要考虑表面黏附的问题。研究发现，在超疏水壁面上活细胞无法大量生长，而亲水壁面上的活细胞却可以自由生长。超疏水壁面表现出的抗细胞黏附特性有望应用于临床。研究证明，用一种部分氟化的聚氨基甲酸乙酯(具有生物兼容性)制备的超疏水壁面对血小板几乎没有任何黏附作用。

6.超疏水材料在新型电池中的应用

为了改善电池的效率和耐久性，已开始将超疏水材料引入电池系统。有人开发了一种两极修饰有超疏水涂层硅质材料的新型电池，这种超疏水涂层可以有效地将活性电极材料和电解液分隔开，避免副反应的发生。在燃料电池系统中，将装载有铂纳米颗粒的碳纳米管作为阴极催化剂，其超疏水性可以使电极反应中产生的水更容易移除，有效提高燃料电池的效率和使用寿命。

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