荷叶仿生抗指纹技术（从荷叶自洁效应中仿生出的纳米产品）

我们常吃的藕，生长于池塘的淤泥中，但它露在水面上亭亭玉立的莲花荷叶却出污泥而不染，美丽圣洁荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、氨基（-NH）等极性基团，在自然环境中很容易吸附水分或污渍但荷叶叶面却具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”为什么会有这种“荷叶效应”？用传统的化学分子极性理论来解释，不仅解释不通，答案恰恰相反如果从机械学的光洁度（粗糙度）角度来解释也不行，因为它的表面光洁度根本达不到机械学意义上的光洁度（粗糙度），用手触摸就可以感到它的粗糙程度这一问题困扰了科学家很久，今天小编就来聊一聊关于荷叶仿生抗指纹技术?接下来我们就一起去研究一下吧!

荷叶仿生抗指纹技术

我们常吃的藕，生长于池塘的淤泥中，但它露在水面上亭亭玉立的莲花荷叶却出污泥而不染，美丽圣洁。荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、氨基（-NH）等极性基团，在自然环境中很容易吸附水分或污渍。但荷叶叶面却具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”。为什么会有这种“荷叶效应”？用传统的化学分子极性理论来解释，不仅解释不通，答案恰恰相反。如果从机械学的光洁度（粗糙度）角度来解释也不行，因为它的表面光洁度根本达不到机械学意义上的光洁度（粗糙度），用手触摸就可以感到它的粗糙程度。这一问题困扰了科学家很久。

最近三十几年来，德国的科学工作者通过扫描电镜和原子显微镜对荷叶等二万种植物的叶面微观结构进行了观察，终于揭开了荷叶叶面的奥妙，揭示了荷叶拒水自洁的原理，并申请了专利。原来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，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。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，也普遍存在于其它动植物中。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。某些动物的皮毛中也存在这种结构，我们常见鹅与鸭在水中嬉戏、觅食，却不见它们羽毛被水打湿，或不需要像落水狗一样地用力抖动身体，才能将身上的水甩掉。原来鹅毛和鸭毛的排列非常整齐，且毛与毛之间的隙缝极小，小到纳米尺寸，所以水分子无法穿透层层的鹅毛和鸭毛，但却极为通气，故鹅与鸭得以在水中保持身体的干燥。

这种自然界的造化，是生物界经过亿年的适应性和变异性的自然选择、遗传进化的的结果。自然界的这些现象给了科学家无限的想象与创意，把透明疏油、疏水的纳米材料颗粒作成涂料涂刷在建筑物表面，大楼不会被空气中的油污弄脏；镀在窗户玻璃表面上，玻璃也如同荷叶一般自净而永远透明；将这种纳米颗粒放到纤维中，做成防尘的衣物，也许可省去不少洗衣的麻烦；汽车的挡风玻璃冷天会结霜，雨天要用刮水器，而使用了具有自洁功能的纳米涂层，恐怕刮水器会成为多余。

这些事情现在看起来都不是梦想，科学家们正在付诸实施，并已初见成效。德国波恩大学的Barthlott博士多年从事荷叶效应的生物研究，取得了卓著的成绩，曾于1998年荣获德国总统未来奖提名。德国ispo公司与Barthlott博士合作，将荷叶的微观结构“克隆”到ispo公司生产的有机硅涂料――露珠仙中，成功地将荷叶效应应用于涂料之中。在放大7000倍的显微镜下可以看到，涂料使水和尘埃在其表面的接触面积减少了90％多。独具特色的表面结构能让尘埃随雨水而清除，使外墙常年保持洁净，防水性能良好，在暴风雨中，雨水犹如荷叶上的露珠，带着建筑外墙的尘土滚落下去。这一环保绿色产品使ispo公司获得了1999年德国总统颁发的环保奖。

　　德国弗劳恩霍夫维尔茨堡硅酸盐研究所和斯图加特生产技术与自动化研究所的研究人员开发出一种自洁净材料技术，即 SolGel涂层技术。采用该技术生产出的喷头、水龙头、仪表盘等不会沾上手印及水渍。目前，该材料可用于地砖、锅、水池、浴缸及汽车等制造。从理论上说，几乎所有材料都可以涂覆耐合适温度的聚合物涂层。采用多道工序涂覆的聚合物层可在金属及其他物质表面形成极光滑的层面，但不影响镀铬和不锈钢的光泽。该技术之所以能开发成功，也是因为采用了“荷叶效应”，所以涂层表面的污渍很容易被清理掉。

中国科学院化学所做出了世界上第一块纳米布。把丙纶纤维织好的布，在含有丙纶纳米颗粒溶液里浸一下，丙纶颗粒就会在纤维的表面上形成凸凹不平的纳米结构，然后经过光照处理，丙纶颗粒就会和纤维本体结合在一起，在纤维表面形成20个纳米左右的结构。这种结构它会失去和液体的亲和性，就是它成为双疏材料，即疏水又疏油，把油或水往这种布上倒，都不会浸湿它，也不会玷污它。纳米布具有自洁性，用这种布做成衣服，就如同荷花般出污泥而不染。

尽管不断有新的纳米产品问世，但由于社会对纳米产品进行非科学、盲目的炒作，好像纳米产品已是无处不在，其实真正的纳米产品绝大多数都仅限于实验室阶段。纳米技术经过上个世纪八十年代的理论和实践的大量准备，到九十年代才得到很快的发展，到世纪之交，2000年1月21日美国总统克林顿向国会提出“国家纳米技术倡议”（NNI-National Nanotechnology Initiative）以后，很快在世界上掀起纳米技术的热潮。纳米研究的是从1－100纳米这个范围内的事情，这个物理尺度上有很多新的现象和新的效应。纳米技术必须具备两个条件，一是纳米尺寸，二是它的纳米尺寸表现出自然界里所没有的新物性——既不同于微观分子、原子，又不同于宏观物体的物理性质。中国科学院化学所研制的“纳米布”，利用了物理和化学方法在纺织品表面形成了纳米尺寸的凸凹结构，使得纺织品表面不粘水也不粘油。这种性能就是自然界里原本没有的新的物性，因此“纳米布”具备了两个条件，是真正的纳米科技。纳米科学家解释说，纳米绝对是微观世界的概念，如果所说的“纳米美容品、冰箱用纳米清洁剂”等真是纳米产品，那么这些纳米微粒应该是飘浮和运动的，并按照物理学的布朗运动进入食物和人体，从而进入人体细胞内。而此类产品中含有氧化硅、氧化钛、氧化锰或者银的成分，这些成分在人体内如同幽灵一样飘浮，如果潜伏在细胞内就有可能诱发细胞病变。

科学界预计纳米技术是21世纪可能会取得重要突破的三个领域之一，美国人甚至认为纳米科技会成为21世纪经济发展的发动机。而根据德国科技部的预期，到2010年纳米技术的市场会达到1.4万亿美元。这么大的一个潜在市场使得很多企业愿意进行先期投入，比如风险投资，鼓励成果的转化。据统计，我国已有200多家企业从事开发与生产纳米产品，但绝大部分是以生产纳米的粉体材料为主，就是把材料做成纳米级的非常小的颗粒，再把粉体做成材料供大家使用。比如：纳米洗衣机是在洗衣机内胆涂上一种纳米材料以抑制霉菌的生长，纳米冰箱也是同理；还有纳米领带，普通领带的表面经物理、化学两种纳米方法处理后，便有了很强的自洁能力，不沾水、不沾油。

目前，纳米技术仍是一门前瞻性、战略性、基础性的科技，仍集中在基础研究方面。但正如科学家所说地：“一个崭新的纳米时代提供给人类的将是不同于以往任何经验的东西，它不仅会给人类生活带来一场革命，还会使我们再一次地感受到科学与技术正以日新月异的速度发展着，远没有终结的时候。”这不是空言，它能促进人类认知领域的革命。因此，科学家愿意在这个领域进行探索，建立新的理论和发现新的规律。