Theoretical Explanation of the Lotus Effect: Superhydrophobic Property Changes by Removal of Nanostructures from the Surface of a Lotus Leaf

莲花效应 莲花 纳米结构 材料科学 纳米技术 化学工程 化学 有机化学 植物 工程类 原材料 生物
作者
Minehide Yamamoto,Naoki Nishikawa,Hiroyuki Mayama,Yoshimune Nonomura,Satoshi Yokojima,Shinichiro Nakamura,Kingo Uchida
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:31 (26): 7355-7363 被引量:199
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5b00670
摘要

Theoretical study is presented on the wetting behaviors of water droplets over a lotus leaf. Experimental results are interpreted to clarify the trade-offs among the potential energy change, the local pinning energy, and the adhesion energy. The theoretical parameters, calculated from the experimental results, are used to qualitatively explain the relations among surface fractal dimension, surface morphology, and dynamic wetting behaviors. The surface of a lotus leaf, which shows the superhydrophobic lotus effect, was dipped in ethanol to remove the plant waxes. As a result, the lotus effect is lost. The contact angle of a water drop decreased dramatically from 161° of the original surface to 122°. The water droplet was pinned on the surface. From the fractal analysis, the fractal region of the original surface was divided into two regions: a smaller-sized roughness region of 0.3–1.7 μm with D of 1.48 and a region of 1.7–19 μm with D of 1.36. By dipping the leaf in ethanol, the former fractal region, characterized by wax tubes, was lost, and only the latter large fractal region remained. The lotus effect is attributed to a surface structure that is covered with needle-shaped wax tubes, and the remaining surface allows invasion of the water droplet and enlarges the interaction with water.

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