荷花效應又稱自潔效應可以實現防水防油的效果，主要應用于物體表面，可以達到防水防油的效果。能保持物體表面清潔，減少洗滌劑對環境的污染，安全省力。荷花為什么從泥里長出來卻不沾？因為它的表面非常光滑，污垢很難留下？不是。科學家們用掃描電子顯微鏡觀察到，蓮花花瓣的表面像毛玻璃一樣粗糙，大小都是20微米“疙瘩”這一被稱為“荷花效應”這一發現給了人們意想不到的啟示。它啟發人們開發涂料和油漆，讓墻壁像荷花一樣不被污染，永遠保持鮮艷的色彩。

荷花效應

上個世紀七十年代，德國植物學分類的科學家——威廉·巴特洛特，他和同事在試驗中，偶然發現了一個有反常規的現象。

按慣例，實驗用的植物都要被清洗干凈的，可是他們注意到：通常只有那些表面光滑的葉子才需要清洗，而看起來粗糙的葉子，往往很干凈。尤其是荷葉，它的表面不但不帶灰塵，而且連水都不粘。

荷花的生長少不了淤泥的，因為它提供了非常豐富的腐殖質，供荷花的生長所需。可是破水而出的荷葉上，不但淤泥、灰塵不粘，就連水滴也很難在上面安安穩穩地呆上一會兒，仿佛自己就能把葉片打掃得干干凈凈的。

自古就有這么一說，就是因為當水珠落在荷葉上的時候，它由于表面粗糙，就是表面張力的作用，那么水珠會變成球狀，或者是近似球狀的，然后呢，它會滾離荷葉表面，然后就是帶走荷葉上面的一些污濁的物質。

其實這出淤泥而不染，主要說的就是荷葉。

那么為什么它會有自清潔的特性呢？最開始人們認為是荷葉上那層白色的蠟質結晶決定的。

它表面就是有一層蠟質的物質，我們用眼睛就可以直接看到，而用手也能感受到。您可以用手摸一下，它有一種粗糙的感覺。

荷葉表皮細胞分泌的蠟質結晶，在電子顯微鏡下，呈現出線狀或是毛發狀的結構，并且在葉片的正面和背面都有分布。但是水在葉片背面無法形成球狀自如的滾動，反而還會滯留在中心。

那么再跟其它植物的葉片做個比較。遠了不提，就拿跟荷花同一科的睡蓮來說，它的葉子正面也有蠟，可是水滴上去，很快就鋪平、蔓延開了，更達不到水珠在荷葉上大珠小珠落玉盤的效果。所以除了蠟質結晶之外，一定還另有門道。

如果用電子顯微鏡觀察的話，就會發現它（葉）表面有一些這種微小的這種突起，這種微小的突起是這種微米級的微小的突起，然后這種微小的微米級的突起上面，又形成一種納米級的突起。

我們觸摸荷葉時粗糙的感覺，實際上就是由這些微小的突起產生的，它們平均大小約為10微米。而那些更小的突起，直徑只有200個納米左右。

要知道微米只有毫米的千分之一，而納米更是小到一定程度了，它只有微米的千分之一。到底有多大？我給您打個比方，假設一根頭發的直徑是0.05毫米的話，嚓、嚓、嚓、嚓，把它縱向剖成5萬根，那每根的厚度大約就是1個納米，夠小的吧。

沒想到吧，在荷葉粗糙的表面上，竟然有著這么精細的微米加納米的雙重結構。

第一個結構就是它的那個微米級的乳凸，大概可能是10微米，到12微米，這么一個大小，然后深度可能是12到15微米之間，這種乳凸，然后乳凸上面有一個那個，就是表皮分泌的蠟質結晶，那個在電子顯微鏡的觀察下，可以看出來它是那種毛發或者是線狀的結構。

也就是說，在那些“微米尺度”的小山上又疊加了許多“納米”小山。這樣一來荷葉的表面，就布滿了“山頭”，“山”與“山”之間的空隙非常窄，再小的水滴也只能在“山頭”上跑來跑去。而水滴在滾動的時候，也就帶走了葉子上的塵土和細菌。

那么是不是有了這樣的結構，就能保證荷葉不沾水了呢？

科學家很快又發現，如果我們把荷葉放到水里浸泡一段時間，荷葉表面會從疏水變得親水，這又是為什么呢？

德國有一個科學家做過這個實驗，把荷葉放到水里10米以下再拿出來的時候，再測它就變成親水了，因為它就是誘捕在乳凸和納米結晶之間那個空氣被排除了，是那個水分子一點一點的進去，進到那個空氣的膜里，把空氣排出以后，它這個就變成了親水了。

原來，那些個頭遠遠超過“小山”的水珠和塵埃，之所以能在“山頭”上跑來跑去，不單是因為山之間的縫隙太小，最關鍵的是因為山和山之間都被空氣填地嚴嚴實實，形成了一個類似氣墊的東西，把水滴給隔開了。如果氣墊沒有了荷葉也會變得親水。

浸在水中的荷葉，由于壓力的作用，把這層空氣從小山中間擠了出去，因此就出現了科學家所看到的現象。

自從發現了荷葉不粘水的自清潔特點之后，人們就把這種現象稱為荷花效應。但其實，在自然界有很多生物都表現出類似的特點。

水稻的葉子也是不粘水的，與荷葉的不同在于，荷葉上的水滴，可以在平面內向各個方向運動。而水稻葉片上的水滴通常是沿著葉脈的方向滾落，垂直葉脈的時候，相對就有些困難。但是這都與它們各自葉片的形狀相適應。

不光是植物，動物也有。比如說，水黽它在水上行走時就是，水黽腿在水上直立行走，其實也是因為水黽腿它是一個超疏水的，所以因為它表面張力的作用會把水排開，然后支撐它的身體，然后讓它跳躍，蚊子也是。

盡管如此，人們始終認為荷葉的表面結構，所體現的自清潔特性最為完美，一直希望能模仿它，從而制造出各種各樣的疏水材料。

這事兒看起來很簡單，做起來難。您想，那么精細的形態，都是我們通過電子顯微鏡才看清楚的，想憑這樣兩只手去復制類似結構，幾乎不可能，因此，這里頭有著非常高的技術含量。不過在科學家的幫助下，我們的夢想正在慢慢照進現實。

威廉·巴特洛特是德國波恩大學植物研究所的所長，他領導進行的一項研究表明，蓮花的潔凈中隱藏著一個秘密：當雨停了的時候，某些植物顯得很濕潤，而另一些植物則立刻就干了，而且顯得很干凈。由此發明了一項新技術，生產出表面完全防水并且具備自潔功能的材料。這是一項用途廣泛的新技術，它使人們不再為建筑物及表面的清潔問題發愁，也不必再為汽車、飛機和各種運輸工具的清潔問題大傷腦筋。它不僅省去了周末例行的擦洗汽車的工作，使人們大大節省了體力，同時因為減少了使用有毒清潔劑，用于環保方面的支出也相應減少。

通過電子顯微鏡對1萬多種植物的表面結構進行了研究，最終揭示表面光滑的葉子都需要經過清洗才能置于顯微鏡下觀察，而表面覆蓋著一層極薄蠟晶體的葉子（這正是防水葉面的特點）卻干干凈凈。

事實上，在擁有“蠟盾”的葉面上，污物的粒子只是勉強立足，難以扎根，少量水就可以將其沖走。植物學家們組織了一場各類植物的抗污比賽：將防水性最佳的植物（從340種植物中選出）置于含有大量石英粉塵、二氧化硫和復印機墨粉的污染物中，然后，再將這些植物置于雨水 中，或用人工噴霧，以檢驗在直徑為0.5毫米的水滴中其自潔機能的效果。在高倍電子顯微鏡的幫助下，研究人員進行了一系列試驗后，取得了綜合數據。他們特別測量了水滴和葉面之間的接觸的角度：該角度越大，清潔所需的水量就越少。蓮花葉面與水滴的接觸角度平均為160度，最接近180度的極限值。

結論是微小的蠟晶體使植物葉面變得粗糙，這是植物具有抗污機理的關鍵所在。

1999年3月，第一種產品問世。在不久的將來，太陽能板、道路交通標識牌、花園中的座椅和苫布等覆蓋材料都只需用少量的水就可沖洗干凈。這還僅僅是一個開始，幾年之后，“蓮花效應”可能直接應用于任何露天建筑物或交通工具的油漆、涂料和表面材料上。

仿荷葉結構的防水納米布

中國是在世界上第一個做出納米布的國家，是中科院化學所做出來的；

丙綸織物，用顆粒大小為20納米左右的聚丙烯水分散液，浸軋，光照。使顆粒粘結在纖維表面上，形成凸凹不平的表面結構，成為雙疏材料，即疏水又疏油。用油或水往這種布上倒，都不會浸濕，也不會玷污。

其實，荷葉天然地就具有這樣的性質。水滴從來都浸不濕荷葉，就是因為荷葉上長著據說是700個納米尺度的一些絨毛，絨毛非常密，我們肉眼看很難分辨出來。但是用手摸能感覺到一種絨絨的東西。這個東西就讓荷葉失去了水對它的浸潤性。

具有這樣特點的這種布就帶有了自潔性。如果我們用這種材料做成衣服，就會防水。如果用這種材料處理玻璃，做成表面凸凹不平的結構，看起來沒有任何問題，但不會結霧，不會沾水。

關于納米防水拒油領帶

為什么荷葉具有如此良好的疏水性？國外科學家曾提出，荷葉的疏水性在于其微米結構，而中科院化學所的研究員萬立駿等人在研究中進一步發現，荷葉的疏水性源于其納米結構。他們將這一成果與浙江某企業合作，研制出“防水”領帶，并被江澤民主席作為禮物送給布什總統。

氣浮防水材料的自性潔

作為超分子研究成果應用的一個重要例子，德國波恩大學Barthlott教授從荷葉的自清潔效應得到啟發，研制成功了易于清潔建筑物及交通工具表面的涂料。水珠從荷葉上滾落，可以清除其上吸附的灰塵顆粒，這便是荷葉的自“清潔效應”，Barthlott教授最早認識到這一點并將其應用到生活中的清潔處理。荷葉效應作為一個很好的模型，可以用于諸多的領域的研究，如基于荷葉效應生產的涂料可方便房屋或建筑物表面的清潔。荷葉效應可以大大降低人們對于清潔劑的使用，有益于環境保護。

荷葉的表面組織形態

德國波恩大學的Barthlott博士多年從事荷葉效應的生物研究，取得了卓著的成績，曾于1998年榮獲德國總統未來獎提名。德國ispo公司與Barthlott博士合作，將荷葉的微觀結構“克隆”到ispo公司生產的有機硅涂料--露珠仙中，成功地將荷葉效應應用于涂料之中。在放大7000倍的顯微鏡下可以看到，荷葉使水和塵埃在其表面的接觸面積減少了90%多，水被排除得幾乎毫無殘留，并帶走了每一顆附在水中的塵埃顆粒。

荷葉與疏水涂料的試驗

科學發明者想到的是荷葉為什么有著超強的疏水性？如果應用在生活用品上，就像“荷葉面”雨傘，撐雨疏水，抖水即干，不必擔心帶到室內會滴水了。土耳其科賈埃利大學的研究人員對荷葉的表面是不是非常光滑展開了研究。在顯微鏡下，研究人員看到荷葉是一種類似于海綿或是鳥巢的孔狀組織，空氣填充在列隙中，從而防止水吸附于葉面。研究人員測定了水在人的皮膚、水鳥羽毛上的接觸角，皮膚為90度，水鳥羽毛和荷葉與水珠的接觸角分別為150度和170度，后來，研究人員在溶劑中溶解聚丙烯，獲得了這種應用塑料的普通液體，再加入一種凝結劑制成涂料，把它涂在玻璃片上，在一個真空烤箱中使溶劑蒸發，得到一種多孔的凝膠層。當研究人員在凝膠層上滴下水珠后，發現它的疏水能力可以與荷葉媲美，并且與水珠的接觸角度達到了160度。

由此，研究人員認為，生產超強疏水性涂料時，再也無需昂貴的材料和耗時的過程了，更不需要加入什么納米材料，因為“荷葉的疏水效應”給人提供了一個簡單的方法，可以用來解決制造超強疏水性涂料的技術難題，所以，生產超強疏水性涂料的成本也有望大大地降低了。

用規聚丙烯研制新型防水涂料

據海外媒體報道，土耳其Kocaeli大學的研究人員最近開發成功一種利用立構等規聚丙烯（iPP）生產超級憎水性防水涂料的簡單易行方法。這種方法是使用溶劑處理方法形成一種類似溶膠的iPP涂層，其表面結構像荷葉那樣具有防水性。據研究人員稱，該涂料可廣泛用于玻璃、金屬、紡織品及其他結構表面。

據報道，研究人員把iPP溶解于對二甲苯中，并加入環己酮、異丙醇或甲乙酮助溶劑（Nonsolvent）制成溶膠，把溶膠涂刷至結構表面，溶劑揮發后即形成涂層。

納米孔的氣浮功能

在荷葉的掃描電鏡的照片上，表面結構清晰可見，那些凹凸不平的納米結構正是科研人員尋找的答案。經過凹凸納米結構處理過的織物，開始表現疏水、疏油的特性。實際上在這種荷葉上的許許多多納米孔，在水滴或油滴乃至液體滴在這個介面的時候，會形成一層氣膜，使水或油都不能侵入這個表現，因此產生了一個奇妙的疏水疏油的效果。

荷花能自身加熱，即使外界溫度降到10℃，它也能保持花朵內35℃的溫度，一株盛開的荷花可提供1瓦的功率。這一能量來自荷花細胞內能發熱的線粒體——細胞的“動力機構”。荷花的自身加熱有利于花粉傳播。荷花有一種潛藏于蓮子的旺盛的生命力。科學家用一顆1288年以前的古老蓮子培育出新的健康荷株。沉睡了近千年的蓮子竟然在4天后長出嫩綠的新芽。科學家從千年古蓮中離析出一種酶，發現是這種酶在修理細胞本身的蛋白質損壞造成的缺陷。倘若能從蓮子中分離出負責修理“衰老損壞”的基因，不也可以把這種基因移植到其他植物乃至人身上，讓人類的不老夢想成真嗎？

荷花是水生植物，性喜相對穩定的平靜淺水，湖沼、澤地、池塘是其適生地。荷花的需水量由其品種而定，大株形品種如古代蓮、紅千葉相對水位深一些，但不能超過1.7米．中小株形只適于20～60厘米的水深。同時荷花對失水十分敏感，夏季只要3小時不灌水，缸栽荷葉便萎靡，若停水一日，則荷葉邊焦，花蕾回枯．荷花還非常喜光，生育期需要全光照的環境。荷花極不耐蔭，在半蔭處生長就會表現出強烈的趨光性．

都說荷花"出淤泥而不染"，這是人們對荷花人格化品德的贊揚。實際上，荷花的地下莖在淤泥中生長，哪有不被有毒物質侵染的呢？只因藕的特別細密的表皮組織和含有丹寧的下皮，具有一定的阻擋或吸收有毒物質的能力，因而有毒物質多黏附在表皮上或滲入表皮中，人的肉眼看不見罷了。故此要記住在食用藕時削去外皮，不要把有毒物質也吃進肚中。

自古以來，荷花就因其在觀賞、食用、藥用及其他用途而得到人們的喜愛。風景名勝之處荷花的觀賞功能自不必說，它的食用功效也更是早為人知。早在五千年前，先人就已經采摘蓮實為糧了。先今人們則把藕、蓮子和花做成了菜肴，走進了國際市場。此外荷花的莖、葉、花、實都是中藥用材，有些部分還是某些疾病的特效藥呢。

荷花對生長環境有著極強的適應能力，不僅能在大小湖泊、池塘中吐紅搖翠，甚至在很小的盆碗中亦能風姿綽約，裝點人間。在我國荷文化史上，盆荷這種形式出現之初只是被用于私家庭院觀賞。如今，在我國各地園林中，盆荷的應用非常廣泛。盆栽和池栽相結合的布置手法，提高了盆荷的觀賞價值，在園林水景和園林小品中經常出現。荷花水石盆景是今幾年在杭州出現的一種新的盆景。它是荷花盆栽與水石盆景的有機結合，既體現山石的剛毅挺拔，又顯示荷花的嬌艷嫵媚。荷花盆景可選用珊瑚石、砂積石、斧劈石、英石等山石作材料。