Профессия "Нанотехнолог". Эффект лотоса"
Эффект лотоса
С помощью электронных микроскопов исследователи обнаружили, что листья и цветки лотоса покрыты воскоподобным веществом. Это вещество называется кутин и оно не просто покрывает листья, оно образует на поверхности листьев и лепестков лотоса особую структуру (нанорельеф) в виде «кочек».
Листья и цветки лотоса не покрываются грязью даже в мутной воде с тиной. И выглядят всегда как «новые». Это всегда удивляло и радовало людей, а вот объяснить природу этого свойства удалось сравнительно недавно – несколько десятков лет назад. Способность оставаться постоянно сухим и чистым назвали «эффектом лотоса».
Капля воды при этом не может «растечься» по холмикам кутина и стремится свернуться в шарик. При этом кутин является ещё и гидрофобным веществом, т.е. отталкивающим воду.
Если бы поверхность цветка была гладкой, то любая грязь удерживалась бы на ней достаточно прочно благодаря большой площади контакта. Но из-за «кочек» площадь контакта минимальна, и грязь как бы «висит на ножках-столбиках».
Капельки воды, скатываясь с листа, увлекают за собой и частицы грязи. И поэтому цветок лотоса всегда сухой и чистый.
1. Частицы нанорельефа
2. Капля воды
3. Частицы грязи
4. Основа (поверхность)
Проведём эксперимент!
Оборудование:
покровное стекло , пипетка, маркер по стеклу, увеличительное стекло (лупа), жидкость, создающая защитное водоотталкивающее нанопокрытие (варианты: салфетки «антидождь» для автомобилей; средства от запотевания стекол автомобилей; нано-пропитки для обуви).
Шаг 1.
У вас есть два предметных стекла, обозначенные буквами «А» и «В». Одно из этих стекол было покрыто жидкостью, действие которой приблизительно воспроизводит «эффект лотоса» (одно стекло, хорошо обезжиренное, и второе – покрытое жидкостью, создающим нано-пленку. Нано-жидкость лучше наносить на обе поверхности «экспериментального» стекла). Чтобы не ухудшить результаты опытов, стекла нужно держать за боковые стороны и не прикасаться пальцами к поверхности стекол. Особенно тех, что не покрыты специальной жидкостью. Чтобы капли воды были лучше видны, имеет смысл их подкрасить, например перманганатом калия. Капните на каждое стекло одну-две капли подкрашенной воды. Расскажите, на что вы обратили внимание, что вы смогли увидеть. Воспользуйтесь при необходимости увеличительными стеклами.
Шаг 2.
Запишите результаты исследования, сделайте фотографии результата.
Шаг 3
Выделение существенных характеристик капель; оценка капель воды с точки зрения заданной классификации . Обратите внимание на разную форму капель воды на этих стеклах. В науке такие капли обозначатся через термины «гидрофильность и гидрофобность».
ДЛЯ СПРАВКИ
Гидро — (от греч. ГИДРО — вода). Гидрофобность (от греч. ГИДРО — вода и ФОБОС — боязнь, страх) — это физическое свойство вещества, которое «стремится» избежать контакта с водой.
Гидрофильность (от греч. ГИДРО — вода и ФИЛИА — любовь) — это физическое свойство вещества, способного хорошо впитывать воду, а также высокая смачиваемость поверхностей водой.
Шаг 4
Приблизительно оцените краевой угол смачивания. Какие у вас есть предложения, чтобы максимально точно оценивать угол смачивания на той или иной поверхности? Что на основе проведенных опытов можно сказать о листьях лотоса?
Шаг 5
Сделайте выводы. "Демонстрируют ли "эффект лотоса" по очищению поверхностей стекла, покрытые исследуемой нами жидкостью? Какие предположения вы можете высказать на этот счет?
Прикладное значение открытия
На основе открытого свойства (эффекта лотоса) в настоящее время проводятся исследования по разработке и производству самоочищающихся или устойчивых к загрязнению изделий и покрытий.
Все эти исследования могут быть отнесены к наноинженерии поверхности.
Сегодня уже создано множество материалов, обладающих гидрофобными свойствами, например, водоотталкивающие краски для фасадов зданий, покрытия для поездов, не запотевающие стекла для автомобилей и т.д.
Разрабатываются материалы, способные к самоочищению. Один из таких материалов называется нанотравой.
Эта «трава» представляет собой множество параллельных наностержней одинаковой длины, расположенных на равном расстоянии друг от друга.
