莲花效应

莲花效应

 

作者：朴楠恩

    

热得人们在没有空调的情况下难以入睡的夏季，持续肆虐至初秋，天气骤然转凉，冬天便随之而来。提到冬天，人们总会联想到洁白的雪花、雪橇、雪人以及圣诞节。回想童年时光，每当风雪过后，我常常凝视着屋檐下悬挂的冰柱出神。有时我们会品尝冰柱，有时则将较大的冰柱摘下当作刀具把玩。然而，如今大多数人居住在公寓或高楼大厦中，再也无法见到屋檐，因此在市中心很难看到冰柱的身影了。

在一些别致的屋檐上，常常会出现小冰柱，而在大型建筑物的屋顶，由于积雪的缘故，也可能形成较大的冰柱，有时甚至会出现超过一米的大型冰柱。去年冬天，在俄罗斯发生了一起事故，一名三十多岁的男子被从七层阳台坠落的大冰柱击中，不幸身亡。此外，还有新闻报道了其他与冰柱相关的伤人事件：一名四十多岁的女性遭到大冰柱击伤；一名两岁儿童则因头部被掉落在婴儿车上的冰柱击中而重伤。这些事故均是由于冬季除雪工作未能落实到位所导致。

 

防冰涂层

因为结冰导致的事故，给人们带来的伤害并不仅限于冬季。在高空飞行的飞机中，结冰现象同样会引发严重问题。如果驾驶舱玻璃上形成了冰层，将会阻碍驾驶员的视线，使其无法安全操控飞机。若机翼上附着了冰块，则飞机机翼的性能将显著下降，从而导致飞机无法飞行。此外，如果附着在飞机机身上的冰块进入发动机或与其他部位发生碰撞，可能会导致坠毁等重大事故。

为了解决这些问题，飞机机翼上安装了多种防冰除冰装置，包括热空气防冰系统、电热防冰系统以及膨胀管除冰装置等。此外，在风挡玻璃和发动机进气口处也设置了电加热防冰系统，以从源头上防止水汽凝结成冰。在机翼上，还采用了喷洒防冻液及配置膨胀橡胶管的方式，使得形成的冰块能够破裂并掉落。安装这些主动预防或清除结冰的系统，需要相应的设备，并且要确保燃油和电力的供应。

被动防冰技术主要通过在基体表面构建抗结冰功能涂层，以实现防止结冰的目的。该抗结冰功能涂层特别适用于飞机机翼及其他外部部位，有助于有效防止或消除飞行过程中形成的冰块。这在防止冰块影响飞机飞行性能方面，起到了至关重要的作用。

 

荷叶的表面特性

防冰涂层的开发灵感源于莲花效应。荷叶在夏季的暴雨中，也不会被打湿，这就是莲花效应（lotus effect）。

图1（b）是用显微镜将荷叶上侧的表面放大的照片，可以确认荷叶的表面是突起的。图1（c）是将（b）放大了10倍的照片，可以看出荷叶突起的表面有一层蜡层。

图2显明了荷叶的突起是如何将水推开，并起到防水效果的。在图2（a）中，当水滴落在荷叶上时，由于水的表面张力（拉平水表面的力），和荷叶的表面突起，水滴不能完全附着在荷叶表面。突起中的一部分与水滴接触，而较大的突起则与水产生反作用力，将水推开。

由于水的表面张力与突起的反作用力，水滴会浮在高高的突起上，如图2（b）所示。使得水滴与荷叶的附着面积减小，水很容易从叶面上滑落。除了上述特征外，荷叶上的蜡成分，也提高了荷叶的防水性。

 

利用莲花效应制作的产品

利用莲花效应制作的产品，不仅限于飞机，还广泛适用于汽车的挡风玻璃和后视镜。通过应用这种效应，可以有效防止冰块堆积，或使冰块更易脱落，从而确保驾驶过程中的良好视野。此外，该技术还可应用于船舶、建筑物的外墙、屋顶及窗户等部位，有助于减少积雪现象，从而降低清扫和维护的频率。

防冰和除冰装置的价格昂贵，适用范围有限，并且需要能源支持。然而，模仿莲花效应所研发的涂层剂或涂料显著提升了产品性能，增强了安全性，并在节能方面取得了显著成效，为多个行业的技术创新与开发做出了重要贡献。

在肮脏的水坑和泥土中绽放出的美丽荷花及碧绿荷叶中，蕴藏着惊人的自然法则，这些法则同样适用于我们生活的各个领域。这也是大自然赋予我们的一个令人惊叹的秘密。