Lotos, uctívaný od starověku, je plný mnoha záhad. A jednou z nich, kterou člověk dokázal rozluštit, prostudovat a dát do své „služby“, je „lotosový efekt“. „Lotosový efekt“ je jedním z nejznámějších fenoménů spojených s praktickým využitím a rozvojem nanotechnologií. Na základě tohoto jevu byly vyvinuty ochranné nanopovlaky, které jsou určeny k zachování a zvýšení životnosti různých povrchů. Produkty založené na nanotechnologii, které tento efekt využívají, najdou uplatnění v běžném životě, v průmyslu, případně i v medicíně. To je skutečný průlom v dějinách lidstva. Rozhodl jsem se ověřit, zda by bylo možné doma vytvořit voděodolné povrchy pomocí „Lotosového efektu“.
V průběhu studie bylo konstatováno fotbalová branka: zkontrolujte možnost vytvoření voděodolné tkaniny doma.
K dosažení tohoto cíle bylo navrženo následující: úkoly:
Analyzujte různé zdroje informací o této problematice.
Prostudujte si metody vytváření nepromokavých tkanin, vyberte si z nich tu nejdostupnější.
Aplikujte zvolenou metodiku v praxi.
Vyzkoušejte hydrofobní vlastnosti látky.
Předmět studia:hydrofobní nátěry.
Předmět studia:voděodolné nátěry.
Hypotéza výzkum: Předpokládejme, že poznáním podstaty lotosového efektu je možné vytvořit materiál se speciálními vlastnostmi.
Ve výzkumné práci byly použity následující: metody výzkumu:
— analýza literatury a internetových zdrojů k tématu;
— analýza pojmového aparátu;
KAPITOLA 1. TEORETICKÝ ZÁKLAD PRO STUDIUM HYDROFOBNÍCH VLASTNOSTÍ PŘEDMĚTŮ
1.1 Definice pojmu „lotosový efekt“
V roce 1975 studoval Wilhelm Bartlott, vědec z Botanického institutu v Bonnu, povrchovou strukturu listů různých rostlin pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu. Už tehdy se svými kolegy upozorňoval na úžasnou čistotu některých skleníkových rostlin, jako je lichořeřišnice, lotos, kedlubny. Jejich listy vypadaly čerstvě umyté, zatímco listy jiných rostlin byly pokryty skvrnami od hlíny a vápence. [1]
V té době bylo všeobecně přijímáno, že čím hladší povrch, tím obtížnější je udržet vlhkost a tím i nečistoty. A představte si překvapení vědců, když zjistili, že právě rostliny s hladkým povrchem byly nejšpinavější a ty, které měly pod mikroskopem drsný povrch, byly dokonale čisté a suché. Tato vlastnost byla zvláště jasně vyjádřena v lotosu. Jeho listy pokryté mikroskopickými hlízami odpuzují vodu a nečistoty. Tak byl objeven „lotosový efekt“.
Pomocí elektronových mikroskopů vědci zjistili, že listy a květy některých rostlin vylučují voskovou látku zvanou kutin, což je směs vyšších mastných kyselin a jejich esterů, které na povrchu tvoří zvláštní strukturu (nanoreliéf) v podobě „hrotů“. [2]
Ukázalo se, že celý povrch lotosových listů je hustě pokryt mikropupínky o výšce asi 10 mikronů a samotné pupínky jsou zase pokryty ještě menšími mikroklky. Výzkum ukázal, že všechny tyto mikropupínky a klky jsou vyrobeny z vosku, který, jak známo, má hydrofobní vlastnosti. Právě pupenovitá struktura povrchu lotosových listů výrazně snižuje jejich smáčivost.
Kapka vody dopadající na takto hrbolatý povrch se na něm nemůže rovnoměrně rozložit, protože Tomu brání síly povrchového napětí. Z povrchu prostěradla se proto kutálejí kapky, které nezanechávají žádné stopy a smývají nečistoty, prach a bakterie.
Teprve počátkem 1990. let se Bartlottovi podařilo v laboratoři na umělé povrchy reprodukovat mechanismus vynalezený přírodou.
Lotosový efekt je efekt extrémně nízké povrchové smáčivosti, který lze pozorovat na listech a okvětních lístcích rostlin rodu Lotus (Nelumbo) a dalších rostlin, jako je lichořeřišnice, rákos obecný a kolumbína.[1]
Obrázek 1. Kapka vody na lotosovém listu
K efektu dochází jak díky zvláštnostem mikrostruktury povrchu, tak díky jeho vysoké hydrofobnosti. (Hydrofobicita (ze starořeckého ὕδωρ – voda a φόβος – strach, strach) je fyzikální vlastnost molekuly, která se „snaží“ vyhnout kontaktu s vodou) Biologický význam účinku spočívá v ochraně rostliny před kolonizací mikroorganismy, houbami a řasy. [5]
Obrázek 2. Lotosový efekt: kapky valící se po povrchu listu,
zachycení cizích částic (počítačová grafika)
1.2 Aplikace „Lotosového efektu“ ve vývoji nanotechnologií
Jedinečnou přirozenou vlastnost květu lze využít v průmyslu i v běžném životě. Lotosové potahy by byly nepostradatelné v mnoha oblastech lidského života. Vytvoření skla, ze kterého by stékaly drobné kapičky vody s rozpuštěnými částicemi nečistot. Tvorba pláštěnek a jiných speciálních oděvů. Tvorba samočistících fasád budov. Toto jsou pouze ojedinělé příklady využití jedinečné vlastnosti lotosu. Nanotechnologie umožňuje vytvářet samočisticí nátěry a materiály, které mají také vodoodpudivé vlastnosti. [3]
Nanotechnologie a voděodolné tkaniny.
Nejslibnější obor současnosti – nanotechnologie – má dopad i na textilní průmysl: vědci se snaží změnit povahu materiálů na molekulární úrovni.
Je třeba poznamenat, že v současné době byly na základě „lotosového efektu“ vyvinuty baktericidní textilie s nízkým znečištěním, nepromokavé pláštěnky a deštníky, vodoodpudivé sportovní plavky a mnoho dalšího.
Ochranné nátěry jsou důležité pro ochranu oděvů používaných v extrémních podmínkách a v každodenním životě. Ochranný povlak na tkaninu obaluje její vlákna a dodává povrchu jedinečné vlastnosti. Látka nevlhne a snadno se čistí.
Pokud se vodoodpudivý účinek zeslábl, pak je na vině s největší pravděpodobností kontaminace nanopovlaku. V tomto případě je třeba látku vyčistit jemným čisticím prostředkem a nakonec důkladně opláchnout tekoucí vodou. Po této jednoduché proceduře se po zaschnutí opět obnoví vodoodpudivý efekt. [6]
Obrázek 3 Obrázek 4
Charakteristické vlastnosti:
zabraňuje vzniku různých typů znečištění;
nebrání pronikání vzduchu;
nemění vzhled produktu;
usnadňuje odstraňování mastných kontaminantů;
zvyšuje životnost textilních výrobků;
KAPITOLA 2. STUDIUM PODMÍNKY A FAKTORY PŘISPÍVAJÍCÍ K HYDROFOBICE NĚKTERÝCH OBJEKTŮ
2.1 Experimentujte, abyste vytvořili voděodolné tkaniny
Chcete-li vytvořit nepromokavou tkaninu, vezměte bavlněnou tkaninu, namočte ji do speciálního roztoku a vysušte na vzduchu.
Pro přípravu roztoku jsme za mírného míchání rozpustili 1 g mýdla v 30 litru vody a roztok zahřáli na 60-70˚C. Zpracovávaný materiál byl ponořen do teplého roztoku. Po 20-30 minutách jej vyndali, lehce opláchli studenou vodou a ponořili na 20-30 minut do teplého 8-10% roztoku kamence draselného. Poté byl materiál dobře promyt ve studené vodě, opět ponořen na 10-15 minut do teplého mýdlového roztoku a na 10-15 minut do roztoku kamence. (Příloha 1)
2.2. Provádění experimentálních experimentů ke stanovení stability hydrofobních vlastností tkaniny
Pro stanovení hydrofobních vlastností tkaniny jsme provedli následující experimenty.
Pokus č. 1. Stanovení stability hydrofobních vlastností tkaniny (Příloha 2)
Vybavení: voda, běžná látka (1) a látka s „lotosovým efektem“ (2).
Na povrch vzorku č. 1 a vzorku č. 2 pomalu nalévejte vodu.
Zaznamenejte výsledek pomocí fotoaparátu
Když byla na povrch vzorku č. 1 nalita voda, kapalina se rychle začala vstřebávat a šířit po povrchu tkaniny.
Po nalití vody na povrch vzorku č. 2 se kapalina neabsorbuje a nešíří se, ale shromažďuje se do kapek. Snadno se odstraní z povrchu bez zanechání vlhkých skvrn.
Pokus č. 2. (Příloha 3)
Vybavení: černý čaj, běžná látka (1) a látka s „lotosovým efektem“ (2).
Na povrch vzorku č. 1 a vzorku č. 2 pomalu nalévejte čaj.
Zaznamenejte výsledek pomocí fotoaparátu.
Při nalévání nápoje na povrch vzorku č. 1 se tekutina rychle začala vstřebávat a barvit povrch látky.
Při nalévání nápoje na povrch vzorku č. 2 se tekutina neabsorbuje a nešíří, ale shromažďuje se do kapek. Snadno se odstraní z povrchu bez zanechání skvrn.
Indikátorem toho, že materiál má dobrý vodoodpudivý účinek, budou zápalky. Je nutné zkontrolovat, zda si zachovají schopnost vzplanutí po několika hodinách ve vodě. Pokud to zachrání, tak nanopovrch funguje.
Abychom otestovali látky na propustnost vlhkosti, vzali jsme zápalky, pevně je složili a zabalili do látky ošetřené tímto produktem v několika vrstvách. Aby se látka nerozvinula, byly vzorky omotány nití. Výsledkem byl „kokon“, ve kterém byly sirky. Aby bylo možné zkontrolovat, zda je po 24 hodinách zachována odolnost vzorku tkaniny proti vlhkosti. Kokon jsme umístili na XNUMX hodin do vody, poté jsme „kokon“ z vody vyndali, rozložili a zkontrolovali zápalky. (Příloha 4)
Lotosový efekt je efekt velmi nízké povrchové smáčivosti, který lze pozorovat na listech a květech rostliny Lotos. Lotosový efekt se stal známým až s vynálezem elektronového mikroskopu. Je to všechno o mikroskopických hlízách, které pokrývají listy. Kapka vody dopadající na hrbolatý povrch se na něm nemůže rovnoměrně rozložit, protože Tomu brání síly povrchového napětí. Kapky se proto kutálejí z povrchu plechu bez zanechání stopy.
Dnes existuje mnoho věcí, které mají lotosový efekt. Vznikla vodoodpudivá barva na fasády budov, sprej na dočasné samočistící nátěry, nepřilnavá lžička na med, neznečišťující kuchyňská zástěra. Vytvoření speciálního nátěru pro stavební materiály pomocí nanotechnologie, schopného odolávat znečišťujícím vlivům kapek vody a oleje. V důsledku toho je dosaženo tzv. „lotosového efektu“: kapky, jako kuličky, se kutálejí z povrchu prostěradla, udržují jej vždy čistý a suchý, zároveň smývají všechny nečistoty a nezanechávají žádné stopy.
V průběhu našeho výzkumu jsme dospěli k následujícím výsledkům:
Bylo možné vytvořit hydrofobní tkaninu;
Ověřili jsme jeho vodotěsné vlastnosti.
Zjistili jsme důvod nesmáčení některých povrchů.
Zvažovali jsme praktickou aplikaci „lotosového efektu“.
Cíl naší práce byl tedy splněn, hypotéza se potvrdila.
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ A REFERENCÍ
1. Abramzon, A.A. Vezměme si jako vzorek lotosový list [Text] / A.A. Abramzon. – Chemie a život.- 1982. – č. 11. – S.38-40.
2. Ždanov, E.R. Vzdělávací ukázky s nano prvky [Text] / E. R. Ždanov, A. N. Lachinov, A. F. Galiev. – Petrohrad: Školní liga, 2013. – 80 s.
3. Ozerjanskij, V.A. Pojďme pochopit nanosvět: jednoduché experimenty: učebnice [Text] / V.A. Ozeryansky, M.E. Kletsky, O.N. Burov. – M.: BINOM. Vědomostní laboratoř, 2013.- 142 s.
4. Voděodolné tkaniny [Elektronický zdroj] / – URL: http://www.anytech.narod.ru/
5. Dokončení tkaniny. Hydrofobizace [Elektronický zdroj] / – URL: http://www.weaving-mill.ru/
6. Chemie a výroba: voděodolné tkaniny a další materiály [Elektronický zdroj] / – URL: http://www.lformula.ru/
7. Lotosový efekt [Elektronický zdroj] / – URL: http:// ru.wikipedia.org
8.Lotosový efekt [Elektronický zdroj] / – URL: http://thesaurus.rusnano.com/wiki
Experimentujte, abyste vytvořili voděodolné tkaniny
1 g mýdla bylo rozpuštěno v 30 litru vody.
Tkanina byla umístěna do teplého roztoku. Po 20-30 minutách ho vyndali a lehce opláchli studenou vodou.
Umístěte látku na 20-30 minut do teplého roztoku kamence.
Ukázka č. 1
Tekutina se rychle začala vstřebávat a rozlévat po povrchu látky.
Ukázka č. 2
Kapalina se nevstřebává a nešíří se, ale shromažďuje se v kapkách. Snadno se odstraní z povrchu bez zanechání vlhkých skvrn.
Pokus č. 1. Stanovení stability hydrofobních vlastností tkaniny
Tekutina se rychle začala vstřebávat a barvit povrch látky.
Kapalina se nevstřebává a nešíří se, ale shromažďuje se v kapkách. Kapky lze snadno odstranit z povrchu bez zanechání skvrn.
Vzali zápalky, pevně je složili a zabalili do několika vrstev látky ošetřené tímto přípravkem. Umístěn do vody na 24 hodin
Po skončení experimentu zápalky shořely.
Před příchodem syntetických detergentů (DS) se lidé prali, prali a myli pouze mýdlem. Stále zaujímá významné místo mezi pracími prostředky. Jak je patrné ze starých ruských spisů, již v polovině 11. století bylo slovo mýdlo na Kyjevské Rusi srozumitelné. 
Za Petra I. vznikla v Rusku výroba zeleného mýdla z konopného oleje a potaše. První detergenty, které odpovídají moderní definici, byly vytvořeny v Německu v roce 1916 díky vývoji německého chemika Fritze Pontera. Zvláště rychlý růst výroby syntetické MS byl pozorován ve 3. století. Například pouze v období od roku 1965 do roku 1970 se jejich produkce zvýšila třikrát. V současné době tvoří více než polovinu produktů souvisejících s domácí chemií různé druhy čisticích a pracích prostředků. 
Světová produkce MC letos přesáhla 15 milionů tun. Uvážíme-li, že požadovaná koncentrace MK při mytí, mytí nádobí apod. nepřesahuje 1 %, je zřejmé, že na konci všech těchto procesů se do kanalizace a do okolí dostává obrovské množství špinavé vody. To je asi 2 miliardy m3 nebo přibližně 2000 km3, což se přibližně rovná objemu dvou Ladožských jezer. V tomto ohledu se nabízí zcela logická otázka: jak můžeme snížit tak obrovskou míru znečištění prostředí, ve kterém všichni žijeme? Odpověď na to se nabízí sama – vytvoření nekontaminujících tkanin, tzn. tkaniny, na jejichž povrchu neulpívají nečistoty a které z tohoto důvodu není nutné prát. V průběhu miliard let příroda vytvořila příklady optimálních řešení tohoto a dalších problémů, kterými se lidstvo musí řídit ve svých životních aktivitách, aby zachránilo sebe i veškerý život na naší planetě. Jedinou výzvou je, jak těmto radám správně porozumět a jak se jimi řídit v praxi. 
Lotosový efekt objevil profesor biologie Wilhelm Bartlott z univerzity v Bonnu poměrně nedávno (v 90. letech minulého století). Tento objev vzbudil a stále vzbuzuje velký zájem po celém světě. Za svůj výzkum byl profesor Bartlott opakovaně oceněn prestižními cenami za úspěchy v oblasti vědy (Cena K.-H. Bekurtse, Cena F. Morrise za výzkum) a byl nominován na cenu prezidenta Spolkové republiky Německo. Co je podstatou tohoto efektu?
Lotosový květ večer zavírá své okvětní lístky a vrhá se zpět do bahnité bažinaté vody, aby se znovu vynořil při východu slunce a zazářil se znovu otevřel. Představuje tak neposkvrněnou krásu a nedotčenou čistotu ve znečištěném prostředí. Lotos je běžný a mnohonásobný symbol v čínských, japonských, indických a egyptských mytologiích. 
Je to obraz zdroje světa, produktivní síly, rozvíjení bytí, působí jako symbol znovuzrození, krásy, života, štěstí, čistoty a duchovnosti. V buddhismu slouží lotos jako tradiční symbol čistoty. Podstatou lotosového efektu je extrémně nízká smáčivost (hydrofobicita) povrchu listů a okvětních lístků rostlin rodu lotos a některých dalších, např. lichořeřišnice. Díky zvláštnostem nanostruktury povrchu se voda dopadající na povrch okvětních lístků a listů stočí do kapek ve tvaru koule. Když voda teče z listu, bere 
částice prachu a nečistot, čímž se čistí povrch rostliny. Biologický význam účinku spočívá v ochraně povrchu rostliny před kolonizací houbami, řasami a mikroorganismy a také ve zvýšení účinnosti fotosyntézy. Praktický význam využití lotosového efektu v každodenní praxi je zcela zřejmý: výroba samočistících tkanin výrazně sníží spotřebu pracích prostředků a z toho plynoucí odpadní vody, čímž se výrazně sníží znečištění naší planety. 
Zde jsou minimálně dvě možná řešení. První, vytvoření látek s lotosovým efektem, si vybral BASF. Jejich první polymerový technický textilní materiál, WINCOR® TX TT, je určen pro markýzy, deštníky, markýzy, plachty a další textilní výrobky, které se používají venku a jsou vystaveny maximálnímu znečištění. Samočistící efekt, tzn. Lotosového efektu je dosaženo díky nanočásticím umístěným na povrchu materiálu, které mu dodávají hydrofobní vlastnosti.
Další řešení navrhla společnost Rust-Oleum: superhydrofobní sprej NeverWet, kterým lze ošetřit povrch jakéhokoli materiálu, po kterém se přestane špinit. Působení spreje NeverWet je založeno na použití lotosového efektu a o jeho účinnosti se můžete přesvědčit zhlédnutím krátkého filmu na této webové stránce.
Profesor Dmitrij Muravyov,
Autonomní univerzita v Barceloně.
