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探秘神奇的新型材料

2022-03-22徐浚玮

科学大众·小诺贝尔 2022年2期
关键词:超微结构水珠水滴

起初,我只是觉得这是散步途中一个很有意思的小片段,直到二年级下学期,科学老师讲到了神奇的新型材料,并且用荷叶和它上面的小水珠做了演示和讲解,我才明白了这里面的科学道理。

原来,荷叶表面有许多大大小小的突起,如一座座山丘一般。这些突起非常细小,达到微米的级别,我们很难通过肉眼观察到它们,只有通过电子显微镜才可以发现。科学家把这种结构称为超微结构。当水滴落在荷叶表面,这些突起和它们之间的空气带便像一张薄膜一样,阻止水滴的渗入。由于水滴本身具有张力,会形成球状,所以就形成了我们看到的水珠在荷叶上滚动的样子。

当然,水珠在荷叶上滚动可不仅仅是好玩,还能带走叶面上细小的浮尘,达到清洁叶面的效果。人们把这称作“荷叶效应”。

我在学习的过程中,也产生了新的疑问:自然界是不是还有别的植物也有“荷叶效应”呢?于是,在爸爸妈妈和老师的帮助下,我又找来了玫瑰和银叶菊做了实验。

首先,我用滴管分别在玫瑰花瓣和银叶菊叶片上滴上水滴,然后晃动,最后甩掉水滴。用手再去抚摸它们时,我发现它们的表面和实验前一样,都是干干的。这说明玫瑰和银叶菊都有“荷叶效应”。爸爸告诉我,自然界不仅很多植物具有“荷叶效应”,一些动物的皮毛也有“荷叶效应”,可以帮助动物皮毛保持干燥和清洁。

我想,既然超微结构和“荷叶效应”能够帮助动植物防水、清洁自身,如果能用在生活中,比如衣服上,那妈妈就不会再阻止我躺在地板上玩了吧?老师给了我用纳米原料织成的布料和喷了纳米喷雾的卡纸,我用滴管将水滴在上面,果然布料和卡纸都没有变潮。当我在家收拾衣橱看到可以防雨的冲锋衣时,我又拿校服外套和它做了对比实验。虽然结果和我预想的一样,但是我和爸爸查了资料之后才发现,冲锋衣的防雨涂层不仅仅是因为超微结构和“荷叶效应”,它是多种科学技术综合运用的结果!

科学探究太好玩儿了!以后,我要细心观察,多多发现生活中的科学,也能像科学家一样研制出更多使我们生活更方便的发明!

指导老师点评

同学们都非常喜欢在科学课上做实验,徐浚玮同学不仅是在科学课上跟着老师进行了科学探究,还在课后自己开展了一系列的探究活动,真的非常棒!

徐浚玮同学提到的纳米材料是一种以荷叶作为研发灵感的疏水结构,我们把它称为纳米级超微结构。这个奥秘是科学家在20 世纪90 年代揭开的。大多数植物的叶片都是由容易吸附水分和灰尘的化学成分构成的,荷叶也不例外。但落在荷叶上的水会自动聚集成水珠,还能把荷叶上的灰尘、污泥等卷入水珠里,最終滚落下来,正是因为在荷叶表面有一个个非常微小的立柱。

当雨水落在荷叶上,间隙小于水滴大小的疏水结构使得水滴在自身的表面张力作用下形成了球状的水珠,在滚动中吸附并卷走同样浮于小立柱表面的灰尘,以达到自我清洁的效果。

除了徐浚玮同学研究的玫瑰花瓣和银叶菊的叶子,还有很多植物的花瓣或叶面都有这样的结构,甚至很多动物的羽毛、翅膀和足的表面也都有这样的结构。这些结构不但利于植物和动物的自清洁,还可避免其与空气中的有害菌接触,防止被感染。

科学家据此研发出了透明的疏油、疏水的纳米材料颗粒,添加进我们日常所见的物料中,改变了它们原本的性能,比如抗污可擦洗的乳胶漆、可以喷在织物或皮具表面用来防水的喷雾、用纳米材料织成的服装、纳米玻璃,甚至是纳米涂层隐形飞机……这些都是基于仿生学的研究成果得以实际应用的衍生产品。

希望我们每一个小朋友都认真学习科学知识,掌握科学探究的方法,生活中值得我们探究的东西有很多很多,只要我们做一个有心的孩子,在生活中细心观察、认真思考,相信大家长大以后也可以成为一名科研工作者,研制出更多能够造福人类的发明呢!

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