從愛心出發

蓮花出色的除塵能力，激發出多項自潔及抗菌技術，應用蓮花效應製作出的商品，不管沾上什麼髒污都不怕。

撰文∕佛布茲（Peter Forbes）　翻譯∕甘錫安

重點提要

■荷葉表面的細小突起可使蠟質表面具有極強的排水性，又稱為超疏水性。雨滴很容易在葉面上滾動，並帶去塵土。

■研究人員已開發出人造的自潔材料，其中有些材料是運用「蓮花效應」，有些則運用與之相反的超親水性，以及觸媒化學反應。

■未來的產品可能結合兩種與水親和性有關的特性，或採用可在兩者間互相轉換的材質，藉以控制微流體元件中的液體流動。

德國波昂大學的巴斯洛特（Wilhelm Barthlott）發現並開發了「蓮花效應」，他夢想著可自動清潔的曼哈頓城市：只要少許雨水就可洗淨摩天大樓的窗戶和外牆，就像出淤泥而不染的蓮花一樣。另外，他的願景還包括了用新布料製造的帳篷和大營帳，同樣不需人類動手清洗，就可維持清潔。把目標定在未來物品極少需要清洗，甚至不需清洗的科學家，可不只他一個。在日本，科技專家正在開發自動除臭和消毒的表面，可用於浴室和醫院等場所。美國麻省理工學院的魯布納（Michael Rubner）和科恩（Robert Cohen）也在構思類似的技術，來防止浴室的鏡子起霧，以及控制微流體「單晶片檢驗室」（液體可在晶片裡的微通道流動）。目前已經有不怕番茄醬、芥末醬、紅酒和咖啡玷污的襯衫、上衣、裙子和長褲等產品出現。一場自潔表面的革命正在逐步展開。

超疏水性不沾塵埃

自潔材料的故事開始於大自然中聖潔的蓮花（學名為Nelumbo nucifera），這種多年生的水中植物非常亮麗優雅，在印度、緬甸、中國和日本等國的宗教與文化中，扮演著相當重要的角色。蓮花受到崇敬是因為它格外純潔，雖然生長在污濁的水中，但它的葉子會挺出水面，而且似乎永遠不會髒。荷葉上的水珠也顯得特別閃亮，與其他植物相比，雨水更容易洗去荷葉上的塵土。

最後這項特性引起了巴斯洛特的注意，1970年代，掃描式電子顯微鏡的潛力推了他一把。電子顯微鏡於1965年商業化，可提供奈米尺度的清晰影像，在這麼高的放大倍率下，少許灰塵就可能破壞整個畫面，因此必須清潔樣本，但巴斯洛特發現有些植物似乎永遠不需要清洗，其中的佼佼者就是蓮花。

巴斯洛特發現這種效果是源於荷葉表面的兩種特性：葉片的蠟質和分佈在表面的細小突起（大小約數微米）。根據基礎物理學，他知道蠟質可使葉片產生疏水性，在這類材質上，水滴會聚集成珠狀，把與材質接觸的面積縮到最小水滴表面與材料表面間的夾角小於30度；而在親水性材質上，水會擴散開來，盡量加大接觸面積，接觸角大於90度。

除此之外，他還發現葉片表面無數的突起可強化這個效應，使蓮花表面成為超疏水性，接觸角超過150度，水在荷葉上會形成幾近球形的水珠，接觸面積極小，水珠在葉面上很容易滾動，就像滾珠軸承一樣。水在突起上就像人躺在釘床上一樣，在突起周圍的空隙中，封在水與葉片表面間的空氣進一步提高了接觸角。1940年代，凱西和巴克斯特首先提出了凱西–巴克斯特方程式（Cassie-Baxter equation），可描述這項效應。