自发表皮充电影响活体叶片上的液滴动力学
流体动力学
2026-01-27 v1 材料科学
生物物理
摘要
水滴在叶片上的移动和滑落方式影响着植物的生理生态与非生物相互作用，以及先进仿生润湿材料的设计。尽管具有跨学科相关性，目前对活体叶片上液滴原位动力学的描述几乎完全集中于表面结构和化学，将叶片视为静态的、电中性基底。在Lotus效应机制被发现三十年后，我们在此表明，由瞬时电现象引起的一种尚属“隐藏”的力会影响活体叶片上的动态液滴运动。利用高速运动追踪和精密电荷测量，我们展示了在超疏水Colocasia esculenta叶片的原始表皮蜡层上滑落的液滴会强烈充电并影响其动力学，此前这一现象仅在合成（高电负性氟化）表面上观察到。在原始叶片上，每30 uL液滴积累的电荷为Qp,D1 = -0.02至-0.15 nC。然而，我们特别展示了表皮蜡层塑性的关键作用：通过降低其粗糙度幅度的结构修饰，相同的叶片在电荷转移方面获得了惊人的30-40倍增强（达到Qt,D1 = -2.8至-5.2 nC），由于估计为11 uN的静电力主导了阻力，使液滴减速了一半。电荷积累依赖于表面历史，且每个液滴的电荷量惊人地相似，甚至超过最近在人工表面上报道的数值。我们的发现证明静电充电是液滴-叶片相互作用的基本组成部分，开辟了从受电荷影响的叶片生态学到通过调节表面处理实现基于液滴的能量收集的可持续材料等新的研究方向，此外……
引用
@article{arxiv.2601.18465,
title = {Spontaneous epicuticular charging affects droplet dynamics on living leaves},
author = {Mihir Durve and Serena Armiento and Benham Kamare and Sauro Succi and Barbara Mazzolai and Fabian Meder},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.18465},
year = {2026}
}
备注
41 pages, 17 figures