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形變學 眼界捉迷藏

奈米碳的奧秘

夏天是蓮花的季節,你是否注意觀察過蓮葉上的雨珠?為什麼雨珠落在蓮葉上不是溼答答的一片,而是一顆顆圓滾滾的雨珠呢?原來蓮葉上存在一種奈米結構,讓我們一起來進行以下的實驗,一窺奈米的奇妙現象!

我們會需要:

  • 紙杯
  • 燒杯
  • 滴管
  • 蠟燭
  • 寶特瓶瓶蓋
  • 金屬湯匙

起動手跟著做:

  1. 取一紙杯,盛水約一公分高或半杯皆可
  2. 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。但是邊緣凸出部分有可能燒起來,因此避免燒烤到紙杯邊緣
  3. 燒烤時需要移動紙杯,使紙杯底部均勻附著黑色的碳微粒。通常大約需要一、二分鐘即可完成,但是請注意: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
  4. 將杯子放在桌上,杯底朝上
  5. 取滴管沾少許水,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
  6. 陸續再滴幾滴水,水滴會在紙杯上滾來滾去

你有所不知:

蓮葉表面天然的奈米級纖毛結構,具有疏水能力,可使水珠不易附著而容易滾動滑落,連帶將灰塵一起帶走,科學家將這種現象稱為「蓮葉效應」。本實驗的紙杯在蠟燭火焰上燒烤後,會吸附一層很微小,達到奈米尺度的黑色碳微粒,所以會如同蓮葉效應一樣,顯現出疏水性,水滴自然無法附著在紙杯上囉!

因為湯匙附著了奈米級結構的碳微粒具有疏水性,當湯匙插入水中,四面八方的光線入射到湯匙時會被黑色碳吸收。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,看起來就亮亮的囉!

延伸實驗:

  1. 在燒杯中裝半杯水
  2. 取一支金屬湯匙,以蠟燭火焰將湯匙背面燻黑
  3. 等幾分鐘冷卻之後,插入水中,並由水面上方觀察湯匙。
  4. 可以發現,黑色的湯匙看起來居然是亮亮的,好像又變回原來的湯匙

*資料來源自: 科思創科教顧問 許良榮教授 NTCU科學遊戲實驗室

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