Technik lernt von der Natur

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Technik lernt von der Natur

Funktionsdemonstration am Lotusblatt

Lehmige Feinteile auf der Blattoberfl äche

werden mit einer leichten Wasserdusche

abgespült.

Rasterelektronenmikroskop (REM)-Aufnahme der Blattoberfl äche von Lotus mit Wassertropfen: Deutlich ist zu

erkennen, wie Schmutzpartikel an der Tropfenoberfl äche und nicht an der Blattoberfl äche haften bleiben.

Funktionsprinzip des „Lotus-Effekts“

Auf der glatten Oberfl äche (1) werden Schmutzpartikel

durch einen Wassertropfen nur verschoben,

während die raue Oberfl äche (2) so

wenig Halt bietet, dass die Schmutzpartikel am

abperlenden Wassertropfen haften bleiben und

so von der Oberfl äche abgewaschen werden.

Ein Schmutzpartikel liegt auf einer nanostrukturierten

Oberfl äche wie ein Fakir auf dem Nagelbrett,

d. h. seine Kontaktfl äche ist äußerst klein.

Bei den superhydrophoben (extrem wasserabweisenden)

Pfl anzenoberfl ächen beträgt diese

Fläche weniger g als 1% der Partikelfl äche.

Bild: SÜDWEST Lacke und Farben, Böhl Iggelheim

(1) (2)

Foto: Nees-Institut Universität Bonn

Bild: Nees-Institut Universität Bonn

Grafi ken: Nees-Institut Universität Bonn

Lotusblume

Die Indische Lotusblume (Nelumbo lucifera) gilt in Asien als Symbol der

Reinheit. Die großen runden Blätter der Lotusblume stehen aufrecht im

Wasser. Sie sind, obwohl sie aus schlammigem Untergrund herauswachsen,

immer makellos sauber. Wassertropfen rollen einfach von ihnen ab und trans-

portieren dabei Staub und Schmutz mit sich. Die Blätter sind nicht benetzbar

und reinigen sich mit jedem Regenguss selbst.

Forscher am Botanischen Institut der Universität Bonn untersuchten den

Zusammenhang von Benetzbarkeit und Selbstreinigungseffekt. Die Wasser

abstoßende Wirkung von Blattoberfl ächen ist schon lange bekannt – auch

Goethe beschrieb dieses Phänomen; dass aber die Blattoberfl äche der

Lotusblume nahezu nicht zu verschmutzen ist, wurde erst 1970 entdeckt

und intensiv erforscht. Man nennt den selbstreinigenden Mechanismus

„Lotus-Effekt“.

Die Ursache liegt in einer hydrophoben (= Wasser abweisenden) Mikro-

Doppelstruktur der Oberfl äche. Die Hautoberfl äche der Lotuspfl anze bildet

etwa 10 bis 20 Mikrometer hohe und 10 bis 15 Mikrometer voneinander ent-

fernte warzenartige Erhebungen, auf die spezielle Wachse aufgelagert sind.

Aufgrund dieser Oberfl ächenbeschaffenheit hat das Wasser nicht mehr die

Möglichkeit, in die Zwischenräume der Blattoberfl äche zu gelangen.

Die Kontaktfl äche zwischen Wasser und Oberfl äche wird damit drastisch

verringert; der Selbstreinigungseffekt entsteht.

Inzwischen hat man an der Universität in Bonn diese Zusammenhänge an

200 Pfl anzenarten nachgewiesen (z. B. Weißkohl, Kohlrabi, Kapuzinerkresse,

Frauenmantel).

Vorbild Natur Technische Nutzung

Lotusblume

Weißkohl, Kohlrabi,

Kapuzinerkresse,

Frauenmantel u.a.

Technische Anwendungsmöglichkeiten

Das erste technische Produkt mit Lotus-Effekt® war eine Anstrichfarbe für

Hausfassaden (Lotusan®). Es folgten Dachziegel mit Selbstreinigungseffekt,

selbstreinigende Textilstoffe (Markisen, Tischdecken), Spezialglas / Linsen bei

Mautstellen-Sensoren.

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Materialien mit selbstreinigender Wirkung

(Dachziegel, Glas-, Keramikoberfl ächen,

Textilstoffe, Farben)

Der Hauptnutzen dieser Produkte mit nanostrukturierter Oberfl äche liegt bei

einem wesentlich geringeren Verbrauch an Wasser und Reinigungsmitteln.

Foto: I. Tomic Foto: P. Paginski

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