МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«КРЫМСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени В.И. Вернадского»
Институт Таврическая академия
(структурное подразделение)
Кафедра ботаники и физиологии растений и биотехнологий
Половинкин Егор Анатольевич
(ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО обучающегося)
«Эффект лотоса»
(наименование темы реферата)
РЕФЕРАТ
Обучающегося(-йся) первого курса
Направления подготовки:46.03.01. История
(код и наименование направления подготовки)
Форма обучения: очная
Руководитель:
_______________________________ ______________ __________________
Доцент кафедры ботаники и физиологии растений
и биотехнологий, к.б.н, доцент _____________И. А. Бугара
(подпись) (инициалы, фамилия)
Симферополь, 2022
Оглавление
Введение
Лотос является одним из важнейших символов Востока и не только. Например, во времена фараонов лотос был символом Нижнего Египта и царской власти: цветок лотоса носила Нефертити. Бог растительности, Нефертум, также олицетворял первозданный лотос и поэтому именовался „молодым солнцем, что возникает из раскрывающегося лотоса“. В индуизме и буддизме лотос фактически один из основных символов космогонии, он олицетворяет чистоту, мудрость, нирвану и многое другое. Кстати, главная буддистская словесная формула (ом-мане-падме-хум) означает просто восхваление сокровища в виде цветка лотоса. В Китае цветок лотоса обожествлялся ещё со времён даосизма, а затем его культ прочно вошёл в буддистскую религию и в национальную культуру.
История почитания лотоса очень интересна, но для современности важнее то, что он действительно обладает необычными физико-химическими свойствами. Благодаря особому строению и очень высокой гидрофобности его листьев и лепестков цветы лотоса остаются удивительно чистыми — именно это поражало наших далёких предков. Цветок, возникший в грязном болоте и оставшийся чистым, незапятнанным, просто не мог не стать символом.
Стихотворение средневекового корейского поэта Сон Кана (Чон Чхоля), написанное в форме классического трёхстишия сичжо (в переводе А. Ахматовой), прямо описывает эффект сверхгидрофобности лотоса:
Чем дождь сильнее льёт,
Тем лотос всё свежее;
Но лепестки, заметь,
Совсем не увлажнились.
Хочу, чтобы душа
Была чиста, как лотос.
Вот почему многие химики и материаловеды называют технологии получения сверхгидрофобных покрытий «лотосовыми».
Открытие «Эффекта лотоса»
В 1975 году ученый из Ботанического института города Бонна Вильгельм Бартлотт изучал структуру поверхности листьев различных растений с помощью растрового электронного микроскопа. Уже тогда он вместе с коллегами обратил внимание на удивительную чистоту некоторых оранжерейных растений, таких как настурция, лотос, кольраби. Их листья казались свежевымытыми, тогда как листья других растений были покрыты глинистыми и известковыми пятнами.
В то время общепринятым было мнение, что чем более гладкая поверхность, тем труднее на ней удерживается влага и, соответственно, грязь. И каково же было удивление ученых, когда они поняли, что самыми грязными оказались именно растения с гладкой поверхностью, а те, у которых под микроскопом была обнаружена шероховатая поверхность, были идеально чистыми и сухими. Особенно ярко это свойство выражалось у лотоса. Его листья, покрытые микроскопическими бугорками, прямо-таки отталкивали воду и грязь. Так был открыт «эффект лотоса».
С помощью электронных микроскопов исследователями было обнаружено, что листья и цветки некоторых растений выделяют воскоподобное вещество кутин, представляющее собой смесь высших жирных кислот и их эфиров, которые образуют на поверхности особую структуру (нанорельеф) в виде «шипов».
Оказалось, что вся поверхность листьев лотоса густо покрыта микропупырышками высотой около 10 мкм, а сами пупырышки, в свою очередь, покрыты микроворсинками ещё меньшего размера. Исследования показали, что все эти микропупырышки и ворсинки сделаны из воска, обладающего, как известно, гидрофобными свойствами, делая поверхность листьев лотоса похожей на нанотраву. Именно пупырчатая структура поверхности листьев лотоса значительно уменьшает их смачиваемость.
Капля воды, попадая на такую бугристую поверхность, не может равномерно расположиться на ней, т.к. этому мешают силы поверхностного натяжения. Поэтому капли скатываются с поверхности листа, не оставляя следа и смывая грязь, пыль и бактерии.
Лишь вначале 1990-х Бартлотту удалось воспроизвести механизм, изобретенный природой, в лаборатории на искусственных поверхностях.
Любопытно, что во время опытов с лотосом такая же участь постигала даже краску и клей! В результате листья и лепестки этого цветка всегда остаются идеально чистыми. Не зря он является символом духовной и физической чистоты. Лотос-эффект не является каким-то случайным феноменом, он возник в результате эволюции и вызван необходимостью выживания растений.
Таким образом, лотос-эффект основан исключительно на известных физико-химических явлениях, который технически можно воспроизвести для различных материалов и покрытий.
Способы повторить в подобный эффект
Над этим работают ученые многих стран мира. Пока создано несколько покрытий, отвечающих подобными свойствами.
Первое из них создано в Японии – это тончайшая пленка с выступами и впадинами:
Секрет метода создания пленки в том, что в среду вводят микрочастицы органокремниевых соединений (полиорганосиланы), причём они могут содержать фтор (фторалкилсилан), а могут и не содержать.
Регулируя условия, в которых проходит процесс, авторы получили прочную, износостойкую и одновременно прозрачную гидрофобную плёнку для многих систем. Углы смачивания микрокапель воды на таких плёнках — от 150 до 160°. Такой подход позволяет покрыть сверхгидрофобной плёнкой многие поверхности: стекло, пластик, бумагу, словом, любое покрытие, способное выдержать условия осаждения.
Другой метод основан на использовании электрохимического способа. Используются при этом никель и тефлон. Процесс напоминает никелирование, но с электролитом, содержащим тефлон. Тефлон — электрически нейтральное соединение, поэтому, для того чтобы он участвовал в электролизе, его частицы перед добавлением в никельсодержащий электролит предварительно обрабатывают катионным поверхностно-активным веществом (ПАВ). Это помогает смешивать тефлон с электролитом. На втором этапе соосаждающиеся с ионами никеля частицы тефлона за счёт так называемого якорного эффекта закрепляются на поверхности. На покрытии возникают локальные очаги повышенной плотности и прочности, т.к. ток распределяется неравномерно.
С другой стороны, именно на таких участках выделяется больше атомов водорода, которые стабилизируют процесс, то есть создают дополнительное экранирование, снижающее скорость осаждения. Наконец, на последнем этапе окончательно формируется сетчатая структура из частиц тефлона, однородно распределённых в слое осаждённого никеля. Кроме того, на поверхности остаётся тонкая плёнка молекул ПАВ, а внутри формирующегося покрытия остаются многочисленные микропоры.
С помощью такого метода можно получать покрытия с очень маленькими частицами тефлона (в диапазоне 1–100 нм). Гидрофобность такой поверхности быстро увеличивается с ростом содержания тефлона — уже при 10–15 вес.% угол смачивания капли воды на таком покрытии достигает 160°. Этот метод был бы удобен для создания электрических батарей, т.к. такие покрытия не только сверхгидрофобны, но и способны катализировать некоторые реакции.
Сейчас продукция на основе нанотехнологий, использующая «эффект лотоса» уже поступила в продажу. Это, в первую очередь, очистительные и полировочные аэрозоли.
Применение «Эффекта лотоса» в быту
Лотосовые покрытия были бы незаменимы во многих сферах жизни человека. Создание стекол, с которых бы стекали мельчайшие капельки воды с растворенными частичками грязи. Создание плащей и другой специальной одежды. Создание самоочищающихся фасадов зданий. Создание специальной краски.
Заключение
Эффект лотоса – уникальное природное свойство цветка. Оно может быть использовано и в быту, и в промышленности, и, возможно, в медицине. Ученые в который раз пытаются копировать природу и не безуспешно. Возможно, вскоре такие покрытия заменят множество известных и привычных, а, может быть, даже наши зонтики уйдут в прошлое.
Источники литературы
https://integral-russia.ru/2019/04/09/unikalnaya-gidrofobnost-i-effekt-lotosa-istoriya-otkrytiya/
https://паюирина.рф/images/Учащимся/Проектная%20деятельность/Лучшие%20проекты/Изучение%20эффекти%20лотоса.pdf
https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-effekt-lotosa-3618273.html#: :text=Эффект%20лотоса%20был%20открыт%20профессором,всегда%20почитался%20как%20«символ%20чистоты»
https://урок.рф/library_kids/issledovatelskaya_rabota_po_teme_effekt_lotosa_210036.html
|
Скачать 24.44 Kb.