夏季的湖里、池塘里，我们常常能看到一片碧绿、茂盛的荷叶丛。每一个荷叶都是圆圆的、大大的，像一把绿色的小伞，为娇嫩的荷花们遮风挡雨。每当下雨时，雨滴飞落到荷叶上，荷叶随之左右摇摆。有时候，即便雨下得很大，落到荷叶里头的雨水也很多，但荷叶也不会因此而折断，因为雨水根本就没法把荷叶打湿，甚至在击打到荷叶的时候被飞溅出去，仅剩的一些雨水，也会在叶面上形成一个个美丽圆润的小水珠滚来滚去，那种情形，正如同唐代诗人白居易在《琵琶行》当中所说的“大珠小珠落玉盘”。雨后的荷叶更加清爽，不仅一丝雨水也没沾上，连带着荷叶上头原有的灰尘也被雨水带走了。
正因为这种不沾染一丝灰尘、洁净清爽的特性，荷花自古以来就被人们赞为“出淤泥而不染、濯清涟而不妖”，从而被比喻为一种高洁、坚定的美好品质，深受人们的喜爱。
那么，到底为什么荷叶有这种自净能力呢？
荷叶为什么可以出淤泥而不染
1997年，来自德国波恩大学的植物学教授威廉·巴斯洛特通过一项实验解开了这个秘密。
原来，在显微镜下可以发现，荷叶表面布满着许多高度约为5～9微米的乳突，乳突之间的距离约为12微米。而且，在每一个乳突上面，都长了许许多多蜡状突起，这些突起的直径约为200纳米。如此一来，每片荷叶都像是一个挤满了柱状建筑的城市一样，而且是“大柱子上还有很多小柱子”的城市。同时，每一个蜡状突起由于其表面具有排斥性，就像是给整张荷叶铺上了一层保护膜一样，能抵挡住任何液滴的侵入。
所以，当水滴落到荷叶上时，这些密集林立的大大小小的“柱子”就对水滴产生了排斥性，使水滴无法侵入到“柱子”的间隙里，从而使荷叶保持干爽。当有灰尘等污染物落到荷叶上面时，同样也会被这些蜡状突起挡住，所以，雨水一来，灰尘就会立刻被雨水冲刷得干干净净，一点都不剩。荷叶就是靠着自身这种独特的叶面结构保持干净、清爽的。这种自净现象被称为“荷叶效应”，也叫作“疏水效应”。
当荷叶上面的蜡状突起因为受损而丧失时，荷叶的自净能力也就被破坏了。假如荷叶受损不严重，还能够通过正常生长继续分泌蜡质，随着蜡状突起的增多，荷叶的自净能力依然能得到恢复。
荷叶
叶子神奇的“疏水能力”
实际上，不仅仅是荷叶，自然界中有很多植物的叶子都具有这种自净能力也就是“疏水能力”。威廉·巴斯洛特曾经做过一项实验，他找来多种植物的叶子，撒上极细的灰尘粉末，然后模拟雨水淋在叶面上的场景。之后对每片叶子残留的灰尘比例进行观察和分析。最后发现，在他找来的共8种植物中，有四种植物在实验过后，叶面残留灰尘在40%以上，而另外一半因为有较好的疏水能力，叶面残留灰尘只有不到5%。这些植物有着与荷叶表面类似的叶面结构，都布满了纳米尺寸的微小乳突。只不过，在所有具有疏水能力的植物中，荷叶的疏水能力是最好的，因此荷叶的叶面被称为“超疏水表面”，这是由于荷叶表面与水滴之间的排斥度极其强烈导致的。
除了植物之外，自然界中还有许多动物，也具有与荷叶表面类似的结构。比如海豚的皮肤虽然看上去十分光滑，实际上，在显微镜下观察会发现，它的结构也是微纳米型。这种结构能帮助海豚实现皮肤的自净功能，避免被海洋当中很多细小的有害微生物附着在身上。
除了海洋生物之外，昆虫当中也有这样的例子。比如知了的翅膀上也具有这种细小突起物，能帮助翅膀不被水沾湿从而保持正常飞行。另外，据一项统计数据显示，自然界约有1200种昆虫具有这种疏水能力。这些昆虫通常都需要在水面上行走，微纳米结构通常位于腿部。
“荷叶效应”的广泛应用
大自然是最好的设计师。当人类设计师们想要实现各类设计上的高效、合理时，他们往往会向自然界中的各类植物、动物“偷师”，在漫长的人类进化史中，人类无数巧妙、可靠、灵敏的设计和方法，都是以植物和动物的某项特殊能力为灵感而发明出来的。同样，“荷叶效应”也被科学家们所重视，通过借鉴荷叶的疏水结构，人们制造出了各种各样的超疏水材料，并应用于生活中的方方面面。
现有的一些有代表性的疏水材料
疏水油漆。这种油漆采用纳米材料制成，具有自清洁能力。人们将其涂在建筑物表面上，当下雨的时候，通过疏水能力，油漆上面的各种灰尘就会被雨水冲刷得干干净净，建筑物就能够长时间保持外表洁净。
“滴水不进”的超疏水涂料
疏水玻璃。借鉴荷叶效应而制成的玻璃，也具有自清洁能力，能够长时间保持干净、透明。当摩天大楼的窗户上应用了这种玻璃时，再也不需要人们冒着生命危险攀登到那么高的地方擦玻璃了。
疏水衣物。当衣物的纤维中加入了纳米颗粒时，衣物也就具有了自清洁能力，能够有效减少灰尘附着，从而免去洗衣的麻烦。（作者：原理君）
本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创
