小科普：水灵灵的“花瓣效应”

雨后的清晨，玫瑰花瓣上带着晶莹剔透、珍珠般圆润的小露珠，微风吹过，玫瑰花宛如娇滴滴的少女，随风而动。仔细一看，上面的露珠还是稳稳当当在花瓣上，因此玫瑰花看起来总是水灵灵的，娇艳欲滴。

研究发现，在红玫瑰的花瓣上的表面有一个紧密的阵列上，许多纳米折叠存在于每个乳突顶部。这些分层的微纳米结构为超疏水提供了足够的粗糙度，但与水的附着力很高。这些花瓣表面的水滴是球形的，即使花瓣翻转过来也不会滚落。与我们所熟悉的“莲花效应”相比，这种现象被定义为“花瓣效应”。一般来说，粗糙表面上有两种超疏水状态：Wenzel状态和Cassie状态。前者表现为水与粗糙表面的润湿接触模式，水滴在表面形成高的接触角滞后。后者代表一个非润湿接触模式，由于低的接触角滞后水滴可以很容易地滚掉。

图1.(a，b)红玫瑰花瓣表面的扫描电镜照片，在每一个乳突上都有周期排列的微珠和纳米折叠上面的 (c) 花瓣表面水滴的形状，表明其超疏水性，接触角为152.4°。(d) 在花瓣表面上下颠倒时水滴的形状。

图1a展示了一个常见的在低真空下观察到的红玫瑰花瓣扫描电子显微照片，平均直径为16μm和高度为7μm的微乳突呈周期性排列。图1b中放大后的SEM图像清楚地显示了这些微孔在纳米尺度上表现出表皮褶皱规模，在每个顶部的宽度约730nm。这是通过织构来增强表面的疏水性。在自然界中，莲花的表面叶因其自清洁特性而闻 名，在两个长度范围内的粗糙度放大了内在的疏水效果。由于花瓣表面的微观和纳米结构，其表面也具有约152.4°的接触角的超疏水性（图1c）。然而，在表面微观结构的不同设计和荷叶和玫瑰花瓣的不同大小尺寸导致了不同的动态润湿。那就是，一样的体积的水滴可以毫不费力地从荷叶表面滚落，而它们却停留在红玫瑰花瓣的表面。水滴在花瓣的表面保持球形的形状，当表面是朝上的，甚至是倒置的（图1d）。

总结

总之，对花瓣效应的理解为我们提供了一个超疏水表面性质的例子，它对水具有高附着力，显示了不寻常的Cassie浸渍润湿状态。通过对花瓣微观结构的复制，可以人工制备具有良好结构的仿生聚合物薄膜。这不仅提高了我们对自然物种自净特性的理解，而且为涂料、功能纤维和装饰材料的设计提供了重要的见解。

文献引用

[1] .Wenzel, R.N.: Resistance of solid surfaces to wetting by water. Indust. Eng. Chem. 28, 988–994 (1936)

[2]  Cassie, A., Baxter, S.: Wettability of porous surfaces. Trans. Faraday Soc. 40, 546–551 (1944)

[3]  Feng, L., Zhang, Y., Xi, J., Zhu, Y., Wang, N., Xia, F., Jiang, L.: Petal effect: a superhydrophobic state with high adhesive force. Langmuir 24, 4114–4119 (2008)