为啥李子洗着洗着，表面形成了透明球？

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最近小红书上有人发帖如下：

图片来源：小红书博主法斗五花妹妹

该贴引发数百万人围观，评论区纷纷求手机壁纸，也有不少美术生在祈祷千万别被老师看见，以免当作写生素材。无论是当壁纸还是当素材，只因“李太美。”



不过，还有比李子更美的，那就是银杏“果”（银杏属于裸子植物，严格来说没果实）：

银杏入水后。图片来源：网络

除了银杏果，银杏叶子洒上水后，颜值也不输荷叶滚珠：

图片来源：atlasofscience

李子、银杏果、银杏叶的外皮上，均有沉积蜡质结构，遇水出奇迹的原因就源于该结构所体现出的拒水性，也就是超疏水效应。

超疏水性果实还有一个经典的案例是蓝莓，植物界蓝色果实的植物很少，蓝莓也是因为表皮结构才呈现出蓝色的。
地球生物体作为“固体”，时刻与气态、液态环境发生着物理相互作用，其中超疏水效应属于很常见的现象——我们星球上存在着大约 2.5 亿平方千米的超疏水植物表面。除了植物外，很多动物也很好利用了这一原理，用两种生活在水里的昆虫举例：
主要在水面活动的水黾（属于黾蝽科），之所以能轻盈穿过水面，而不被表面张力困住，除了靠其迷人大长腿外，还需要超疏水性“腿毛”加持：

图片来源：Bing
而需要潜入水下捕食的划蝽（属于划蝽科）全身布满超疏水的毛，在水中不仅自带美颜，更重要的是形成的气膜就相当于自带氧气包，可以很好辅助呼吸：

图片来源：Bing

啥是超疏水效应？

众所周知，水和油互不相溶。


看起来似乎是水排斥油，但实际上油分子和水分子之间实际上是相互吸引的，只不过这种吸引力远不如水分子之间的氢键网络作用力强。

一个水分子最多能通过氢键与四个水分子链接。图片来源：Bing

可以这样理解，水分子和水分子为了在一起玩，“排挤”油分子，迫使油分子聚集到一块。这种由水引发的油分子之间的吸引力被称为疏水相互作用。


至于疏水程度，是由液体-蒸汽界面与固体表面之间形成的接触角决定。接触角大于 150° 的表面，就被称为超疏水表面。

从左到右按照接触角可划分为：超亲水性、亲水性、疏水性、超疏水性 图片来源：mdpi.com

日常生活中，我们经常会看到水滴在煎锅上滚动，其实也是利用了疏水性涂层，其中最经典的材料是特氟龙（Teflon）。特氟龙的接触角约为 105°，离很多动植物表皮的疏水能力还是有差距的。

特氟龙是实现锅“不沾”的一种经典材料。图片来源：mdpi.com

在自然界，植物主要是通过两种方式来实现超疏水性，一种是本文开头，李子、葡萄、银杏等外种皮上脂肪酸的衍生物——也就是蜡质结构。还有一种是“复合结构”，比如荷叶通过叶子表面的微米级凸起以及纳米级蜡状绒毛共同产生超疏水性：

荷叶表面的凸起结构。图片来源：mdpi.com

疏水性为什么导致

水中果变透明甚至发光？

至于李子、葡萄等放入水中变透明，其实属于经典的物理光学游戏：


这些果子表面布满了蜡质结构或者微小突起，疏水效应又导致水被迫“架”在了这些小结构的顶端。这样一来，在水的下方和果子真实的表皮上方之间，就困住了一层非常薄的空气。

植物表皮示意图。图片来源：mdpi.com

当光穿过水达到这层空气时，涉及一个基本概念——折射率，折射率就是衡量光线穿过某种物质时“弯曲程度”的指标。
空气的折射率非常低（接近 1），而水的折射率约 1.33，高于空气。因为折射率差别很大，光线在这个水-空气的界面上会再次折射，同时，空气层本身的厚度和结构会导致光线发生散射。


这种在水-空气界面发生的综合效果，覆盖了果子表皮本身的颜色。最终进入我们眼睛的，主要就是各种波长的白光，看起来就像一层均匀、闪亮的银白色或灰白色薄膜覆盖在果子表面。  

银杏为啥显得特别银亮？

银杏叶和银杏果外表皮脂类的浓度很高，也就是特别“油”，这会导致其蜡质层上的结晶体呈管状叠加状态。

银杏表皮蜡质晶体。图片来源：知网《银杏叶表皮特征及其气孔发育》陈立群

这种紧密排列的晶体结构，比普通果实的绒毛或颗粒状蜡晶更规则、密度更高，能锁住更厚的空气层。其平整晶体表面像微型镜片，叠加光干涉效应，增强蓝紫光反射，就会形成冷调银光。


银杏作为现存最古老的树种之一，经常被称为“活化石”。其超疏水性或许是其祖先在侏罗纪气候影响下，演化出的一种持续适应性状。

最早的银杏类植物出现于二叠纪。图片来源：Bing

参考文献
[1]https://www.nature.com/articles/417491a
[2]https://naturesraincoats.com/hydrophobic-and-superhydrophobic-surfaces/
[3]https://www.researchgate.net/publication/281650334_Plant_cuticular_waxes_A_review_on_functions_composition_biosyntheses_mechanism_and_transportation
[4]https://www.mdpi.com/2079-4991/12/1/44


策划制作
来源丨把科学带回家（id:steamforkids）
作者丨乌其多
责编丨杨雅萍
审校丨徐来、张林林

cjlcjl

上次去公园，银杏叶落水那画面，跟文章说的一样美，超惊艳！

deagle999

优秀帖子，感谢分享。