Войти
Вода на поверхности листа лотоса. 
Капли воды на листе таро с эффектом лотоса (вверху) и увеличенная поверхность листа таро ( диапазон 0–1 - один миллиметр ), показывающие несколько небольших выступов (внизу). 
Компьютерная графика поверхности листьев лотоса. 
Капля воды на поверхности лотоса с углами смачивания примерно 147 °. Эффект лотоса относится к самоочищающимся свойствам, которые являются результатом ультрагидрофобности, проявляемой листьями Нелумбо, цветка лотоса. Частицы грязи улавливаются каплями воды из-за микро- и наноскопической архитектуры на поверхности, которая сводит к минимуму адгезию капли к этой поверхности. Ультрагидрофобность и самоочищающиеся свойства также обнаруживаются у других растений, таких как Tropaeolum (настурция), Opuntia (опунция), Alchemilla, тростник, а также на крыльях некоторых насекомых.
Явление ультрагидрофобности было впервые изучено Деттре и Джонсоном в 1964 году с использованием грубых гидрофобных поверхностей. В их работе была разработана теоретическая модель, основанная на экспериментах со стеклянными шариками, покрытыми парафином или теломером ПТФЭ. Самоочистки свойство ultrahydrophobic микро- наноструктурированных поверхностей изучали Вильгельм Бартлотт и Ehler в 1977 году, который описал такую самоочистку и ultrahydrophobic свойства в первый раз, как «эффект лотоса»; Ультрагидрофобные перфторалкильные и перфторполиэфирные материалы были разработаны Брауном в 1986 году для работы с химическими и биологическими жидкостями. Другие биотехнические приложения появились с 1990-х годов.
Высокое поверхностное натяжение воды приводит к тому, что капли принимают форму, близкую к сферической, поскольку сфера имеет минимальную площадь поверхности, и эта форма минимизирует поверхностную энергию твердого тела и жидкости. При контакте жидкости с поверхностью силы адгезии приводят к смачиванию поверхности. Может произойти полное или неполное смачивание в зависимости от структуры поверхности и натяжения жидкости капли. Причина самоочищающихся свойств - двойная гидрофобная водоотталкивающая структура поверхности. Это позволяет значительно уменьшить площадь контакта и силу сцепления между поверхностью и каплей, что приводит к процессу самоочистки. Эта иерархическая двойная структура сформирована из характерного эпидермиса (его внешний слой, называемый кутикулой) и покрывающих восков. Эпидермис лотоса имеет сосочки от 10 до 20 мкм в высоту и от 10 до 15 мкм в ширину, на которые накладываются так называемые эпикутикулярные воски. Эти наложенные друг на друга воски гидрофобны и образуют второй слой двойной структуры. Эта система восстанавливается. Это биохимическое свойство отвечает за функционирование водоотталкивающих свойств поверхности.
Гидрофобность поверхности можно измерить по ее краю смачивания. Чем больше краевой угол, тем выше гидрофобность поверхности. Поверхности с углом контакта lt;90 ° называются гидрофильными, а поверхности с угломgt; 90 ° - гидрофобными. Некоторые растения имеют угол смачивания до 160 ° и называются ультрагидрофобными, что означает, что только 2–3% поверхности капли (типичного размера) находится в контакте. Растения с двойной структурой поверхности, такие как лотос, могут достигать угла контакта 170 °, при этом площадь контакта капли составляет всего 0,6%. Все это приводит к эффекту самоочистки.
Частицы грязи с чрезвычайно уменьшенной площадью контакта улавливаются каплями воды и, таким образом, легко удаляются с поверхности. Если капля воды катится по такой загрязненной поверхности, адгезия между частицей грязи, независимо от ее химического состава, и каплей выше, чем между частицей и поверхностью. Этот очищающий эффект был продемонстрирован на обычных материалах, таких как нержавеющая сталь, когда образуется супергидрофобная поверхность. Поскольку этот эффект самоочищения основан на высоком поверхностном натяжении воды, он не работает с органическими растворителями. Следовательно, гидрофобность поверхности не защищает от граффити.
Этот эффект имеет большое значение для растений как защита от болезнетворных микроорганизмов, таких как грибки или рост водорослей, а также для животных, таких как бабочки, стрекозы и другие насекомые, которые не могут очистить все части своего тела. Еще одним положительным эффектом самоочистки является предотвращение загрязнения участка поверхности растения, подверженного воздействию света, что приводит к снижению фотосинтеза.
Когда было обнаружено, что самоочищающиеся свойства ультрагидрофобных поверхностей обусловлены физико-химическими свойствами в микроскопическом и наноскопическом масштабе, а не конкретными химическими свойствами поверхности листа, появилась возможность использовать этот эффект на искусственных поверхностях путем имитации природа в общем, а не в конкретном смысле.
Некоторые нанотехнологи разработали средства для обработки, покрытия, краски, черепицу, ткани и другие поверхности, которые могут оставаться сухими и очищать сами себя, воспроизводя в технической манере самоочищающиеся свойства растений, таких как лотос. Обычно этого можно достичь с помощью специальной фторохимической или силиконовой обработки структурированных поверхностей или с помощью композиций, содержащих микрочастицы.
В дополнение к химической обработке поверхности, которую можно удалить со временем, металлы были обработаны с помощью фемтосекундных импульсных лазеров для создания эффекта лотоса. Материалы имеют однородный черный цвет под любым углом, что в сочетании с самоочищающимися свойствами может привести к созданию коллекторов солнечной тепловой энергии с очень низким уровнем обслуживания, в то время как высокая прочность металлов может использоваться для самоочищающихся уборных, чтобы уменьшить передачу болезней.
Предлагаются и другие приложения, такие как самоочищающиеся стекла, установленные в датчиках блоков управления движением на немецких автобанах, разработанные партнером по сотрудничеству (Ferro GmbH). Швейцарские компании HeiQ и Schoeller Textil разработали устойчивый к пятнам текстиль под торговыми марками « HeiQ Eco Dry » и « nanosphere » соответственно. В октябре 2005 года испытания Исследовательского института Хоэнштейна показали, что одежда, обработанная технологией NanoSphere, позволяет легко смыть томатный соус, кофе и красное вино даже после нескольких стирок. Другое возможное применение - это самоочищающиеся навесы, брезент и паруса, которые в противном случае быстро загрязняются и их трудно чистить.
Супергидрофобные покрытия, нанесенные на микроволновые антенны, могут значительно уменьшить выцветание из-за дождя и нарастание льда и снега. В рекламе продукты, которые легко чистятся, часто ошибочно принимают за самоочищающиеся свойства гидрофобных или ультрагидрофобных поверхностей. Ультрагидрофобные поверхности с рисунком также перспективны для микрожидкостных устройств «лаборатория на кристалле» и могут значительно улучшить поверхностный биоанализ.
Супергидрофобные или гидрофобные свойства использовались при сборе росы или переливании воды в бассейн для использования при орошении. Groasis Waterboxx имеет крышку с микроскопической пирамидальной структуры на основе свойств, которые ultrahydrophobic воронки конденсации и дождевой воды в бассейне для выпуска в корни растущего растения.
Хотя явление самоочищения лотоса, возможно, было известно в Азии задолго до этого (упоминание об эффекте лотоса можно найти в Бхагавад Гите ), его механизм был объяснен только в начале 1970-х годов после появления сканирующего электронного микроскопа. Исследования проводились с листьями Tropaeolum и лотоса ( Nelumbo). «Эффект лотоса» является зарегистрированным товарным знаком STO SE amp; CO. KGAA (регистрационный номер в США 2613850). Подобно эффекту лотоса, недавнее исследование выявило микроструктуры в виде сот на листе таро, которые делают лист супергидрофобным. Измеренный угол контакта на этом листе в этом исследовании составляет около 148 градусов.
СМИ, связанные с анимацией эффекта лотоса на Викискладе?