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更多接触角和表面张力荷叶效应
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美国科诺工业有限公司 (战略投资公司:上海梭伦信息科技有限公司)
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人们知道接触角和表面张力已经很多很多年了,但是很长的时间内却无法作出荷叶那样的表面来。也就是说,人们找不到那么疏水的物质,可以是使接触角象荷叶表面那么大。荷叶表面,有着什么样的秘密呢?
直到二十世纪七十年代,因为扫描电子显微镜的使用,人们才开始明白荷叶高度疏水的原因。下面是用电子扫描显微镜“看”到的荷叶表面。
荷叶表面原来非常的粗糙!左边的照片上的标度是20微米(微米是千分之一毫米),也就是说,荷叶表面布满了大小在几微米到十几微米之间的突起。如果把这些突起继续放大,如右边的图,每个突起上还布满了更小的突起,或者说细毛。荷叶的*疏水性,原来不仅跟表面疏水性有关,还跟这种超微结构有关。
为什么这样的“粗糙”结构就能产生*的疏水性呢?我们来看下面的图:
前面说了,接触角的形成是减小整个体系总界面能的结果。对于一个疏水的固体表面来说,当表面不平有微小突起的时候,有一些空气会被“关到”水与固体表面之间,水与固体的接触面积会大大减小。具体的数学推导在这里就省略了,总之,科学家们可以从物理化学的角度用数学来证明:当疏水表面上有这种微细突起的时候,固体表面的接触角会大大增加。
当接触角不是特别大的时候,象*副图中的草叶上,水滴呈半球形,而半球形是无法滚动的。如果有了这种超微结构,象荷叶表面,接触角接近180度,水滴接近于球形。而球,可以很自如地滚动。即使叶子上有了一些脏的东西,也会进入水中被水带走。这样接触角非常大的表面(通常大于150度),就被称为“超疏水表面”,而一般的疏水表面只要接触角大于90度就行了。超疏水表面的特性就在于:水在上面形成球状滚动,同时带走上面的污物,这样的表面就具有了“自清洁”的能力。