蓮花效應 應日四乙 陳薇宇 4A0C0135. 蓮花效應的發現 1997 年，德國波昂大學的植物學家 Wilhelm Barthlott 針對這個特殊現象進行了一系列的 實驗，發現了蓮花的疏水性與自我潔淨的關 係，因此創造了「蓮花效應」 (Lotus effect) 一詞，同時也擁有這個商標的專利權。從此.

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1 蓮花效應 應日四乙 陳薇宇 4A0C0135

2 蓮花效應的發現 1997 年，德國波昂大學的植物學家 Wilhelm Barthlott 針對這個特殊現象進行了一系列的 實驗，發現了蓮花的疏水性與自我潔淨的關 係，因此創造了「蓮花效應」 (Lotus effect) 一詞，同時也擁有這個商標的專利權。從此 以後，蓮花效應就成了奈米科技最具代表性 的名詞。

3 蓮花效應是什麼 ? 在大自然裡，我們注意到植物葉面常可保持 潔淨而不被沾污，這種特性經多年來的探討 發現，與葉面上具有奈米 (100~200nm) 規則 排列的粗糙結構表面和最外層蠟質低表面能 疏水材料有關，奈米粗糙面是保護葉面不被 污染的首要因素，即使被污染物附著於其上， 也 可輕易地以水沖刷帶走洗掉，達到自清 潔效果 (Self-Cleaning Effect) ，此即所謂的 「蓮花效應」 (Lotus Effect) 。

4 蓮花葉子上的水常常形成小水珠，當葉子 傾斜時，小水珠可以輕易地在葉子上滾動。 水不容易沾上葉子，形成與葉子接觸面積 很小的球狀水珠。而當小水珠在葉子上滾 動時，便會把污垢帶走。科學家被這些現 象困惑了非常長時間，直到兩位德國科學 家利用高解析度電 子顯微鏡觀察蓮花 葉子的表面，這個 謎才得以解開。

5 他們發現蓮葉表面上有納米尺度的蠟質凸塊， 能防止污垢和水沾上。因為凸塊間的凹陷位 置太細小，污垢的微粒都不能進入，所以污 垢總是停留在凸塊的頂部。當水珠在葉子上 滾動時，便能把污垢帶走，因而產生清洗作 用。瞭解了這現象以後，科學家開始思考怎 樣能仿效這種 「蓮花效應」，並應 用於我們日常生活中。

6 蓮花效應的概念 超疏水性：水滴與荷葉接觸角 > 140˚ 疏水性 蓮葉表面有許多奈米與微米級突起結構，其上覆蓋 著疏水性臘質結晶，造成疏水、不吸水的表面。所 以當水與葉面接觸時會形成水珠，且因水滴在葉面 的接觸角很大，葉表不會弄溼。

7 蓮葉表面結構 電子顯微鏡下，蓮葉的表面 ( 上圖 ) 其凸起物外圍所包裹的臘層 ( 下圖 )

8 在電子顯微鏡下觀察與葉面接觸的狀況

9 自潔性 蓮葉表面的突起結構，增加水珠與表面的接觸角， 使葉面上的水珠可自由滑動並吸附起污泥顆粒， 順勢帶走，達到清潔的效果。 微米結構與自潔作用關聯示意圖

10 即使同樣具有疏水性的表面，在細微結構上的水珠 會吸附著灰塵顆粒滾動，而在光滑表面上，水珠能 使顆粒移動的程度有限。若我們的衣物也能利用蓮 花效應的原理，就能如同蓮葉一般防水防塵。 細微 結構與自潔作用關聯之示意圖

11 自然界中對蓮葉效應的應用 在自然界中，利用類似蓮葉效應的構造與特性 以適應各種環境的例子很多。 如「田字草」，可利用葉面上的蠟質微米級突 起來增加疏水特性，當葉面沉入水中時，其葉 面外圍的空氣膜能使葉面順利的漂浮於水面上。 而芋頭、槐葉萍等水生植 物也可利用類似的構造達 到適應水中生活的目的。

12 金背鳩可利用羽毛上羽軸邊的突起構造，配合 適量的油脂塗抹，來達到類似蓮葉效應的防水 效果。所以許多鳥類都會利用分泌的油脂做好 羽毛的保養與護理，這種行為在水鳥身上更是 頻繁。 金背鳩（ Streptopelia orientalis ）可利用羽軸上 的微細羽支，配合油脂的 塗抹而達到防水的效果。 自然界中對蓮葉效應的應用

13 擬環紋豹蜘可利用腳上的微細結構，利用表 面張力而在水面上自由活動，甚至利用水面 的表面張力來捕食其他動物，而這樣的生存 模式也可在水黽身上發現。 擬環紋豹蜘（ Pardosa pseudoannulata ） 可利用腳末端微細的長 毛來提升表面張力，而 能在水面上活動 自然界中對蓮葉效應的應用

14 蓮花效應的應用 明白了蓮葉的自動清洗作用後，科學家開始仿效這種自然 的技術。 油漆：污垢黏在牆壁上，容易滋生微生物，導致健康問題。 現在有些油漆也利用了蓮花效應。若在牆壁塗上了這些油 漆，只需在牆上灑水，便可輕易地清除污垢。 衣物：利用超級疏水材料製造雨衣和傘非常理想。在布料 上加上一層超級疏水物料，便可以製造既防水又透氣的雨 衣。事實上，這類衣服早已在市面上出現了。 窗戶︰把具有蓮花效應而又透光的化合塗層應用於窗戶上， 可讓窗戶在雨水中自動清洗。 具有蓮花效應的油漆的自動清潔作用 利用蓮花效應的防水褲子

15 高山防寒防水的衣料 防塵塗料 救生衣 ( 浮力大增 ) 棉被 ( 對於易過敏的人能夠達到防塵效果 ) 雨衣 雨傘 驗孕試劑 奈米網球與排球等等 螢光粉末 ( 能直續發，壽命較長 ) 塗料 ( 用於房屋外壁，防潮、防霉、防壁癌 ) 塗料 ( 用於水管內壁，就此可解決水管阻塞，使水垢不會 附著 ) 化妝品 ( 避免遇水後，須重新上妝 )

16 參考資料 http://tech.get.com.tw/tech/tech-27-1.htm http://www.hk- phy.org/atomic_world/lotus/lotus01_c.html http://sunnywin.begonia.tw/chi/stone_5/ http://nano.nchc.org.tw/v1/dictionary/lotus_effect.html learning.edu.tw/