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「碳微觀止」的自然現象 學校：高雄市立獅甲國中 指導老師：林劭陽、賴志銘 旨趣： 一場傾盆大雨過後，為什麼蓮葉的表面總是保持很乾淨呢？這是因為蓮葉表面有奈米大小的細微突起，使得水與葉面形成很大的接觸角，落在蓮葉上的雨水會因表面張力的作用形成水珠，水珠與葉面的接觸面積很小，只要葉面稍微傾斜，水珠就會滾離葉面。此外，滾動的水珠也會因為葉面灰塵或污泥與葉面接觸點也是奈米級，就很容易把灰塵污泥的顆粒一起帶走，達到自我潔淨的效果，這就是蓮花總是能出淤泥而不染的原因。 利用生活中常見的材料，也可以做到類似的效果。或是利用錯覺，也能達到出淤泥而不染的現象呢！ 實驗器材： 自我潔淨的蓮葉效應 器材 單位 數量 備註 蓮葉 片 10 紙杯 個 500 滴管 支 10 蠟燭 支 20 整理箱 個 2 碗不用洗也能變乾淨!! 器材 單位 數量 備註 蠟燭 支 20 金屬湯匙 支 100 燒杯 個 10 活動過程： 自我潔淨的蓮葉效應 取一紙杯，盛水約一公分高。 將紙杯底部置於蠟燭火焰上燒烤，由於紙杯已經裝水，底部不會燒起來。 燒烤時需要移動紙杯，使紙杯底部均勻附著黑色的碳微粒。紙杯底部必須置於蠟燭火焰之中，不可以高於火焰，如此才容易附著上燃燒不完全的碳微粒。 將燒烤好的紙杯放在桌上，杯底朝上。用滴管低少許水，滴一滴水在杯底，輕輕搖晃紙杯，觀察水滴的移動，可以發現水滴不會吸附在紙杯，形成圓珠狀，並且自由滾動。 碗不用洗也能變乾淨!! 取一金屬湯匙，將湯匙背面以蠟燭火焰燻黑。湯匙底部必須置於蠟燭火焰之中，不可以高於火焰，如此才容易附著上燃燒不完全的碳微粒。 湯匙冷卻之後，插入水中，並由水面上方觀察湯匙。可以發現黑色的碳微粒層消失不見了，變成看起來亮亮的，好像又變回原來的湯匙！ 活動啟示： 自我潔淨的蓮葉效應： 自然界中的蓮花葉子，具有所謂的「蓮葉效應」（Lotus effect），亦即由於蓮葉表面有奈米級的纖毛結構，而使水滴不會附著在葉子上的疏水性質（Hydrophobicity）。也因此蓮葉具有「自我淨潔」（self-cleaning）的功能，因為水滴不容易吸附在葉子表面，容易滾動滑落，會將灰塵一起帶著離開葉面。 實驗的紙杯在蠟燭火焰上，會吸附一層很微小，達到奈米尺度的黑色碳微粒，於是如同蓮葉效應顯現出疏水性，水滴無法附著在紙杯上。 碗不用洗也能變乾淨!! 此現象的原因是發生了「全反射」。湯匙附著了奈米級結構的碳微粒具有疏水性，因此插入水中之後，水與微粒碳之間有一層很細微的空氣層。 當水中四面八方的光線入射到湯匙時，入射角比較小的光線可以折射進入空氣層，再照射到黑色碳被吸收（黑色物體不反射光線）。但是入射角比較大的光線則發生「全反射」（即沒有折射），反射至水面再折射進入空氣，因此在水面上方可以看到光線，看起來就亮亮的。