由實驗一窺奈米碳的奇妙現象！

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。（如圖一）

4.將燒烤好的紙杯放在桌上，杯底朝上。取滴管（或吸管）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。陸續再滴幾滴水，同樣不會吸附在紙杯，滾來滾去。（如圖二）

按這裡觀看實驗影片（16.9M）

　　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。

　　本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。

　　利用奈米級碳微粒的疏水性，可以進行另一項有趣的實驗。

　　取一金屬湯匙，將湯匙背面以蠟燭火焰燻黑（如同上一實驗燒烤紙杯），如圖三。

　　將湯匙背面均勻附著碳微粒，等幾分鐘冷卻之後，插入水中，並由水面上方觀察湯匙。結果可以發現黑色的湯匙，變成看起來亮亮的，好像又變回原來的湯匙，黑色的碳微粒層消失不見了！（如圖四）

　　此現象的原因是發生了「全反射」，與科學遊戲「數字魔法秀」是相同的原理。

　　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（下圖藍色箭頭）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（紅色箭頭）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。（註：水發生全反射的臨界角度是49度）

參考資料：

1.普通高級中學課程物理學科中心演示教學網站：http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/physical/physdemo/select/s3-5/s3-5.htm

2.國立台灣師大黃福坤教授網頁：http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/optics/path.html