Eine
Präsentation ausgearbeitet von MF, RJ, CH 10b Gliederung Aufbau
Lotusblume Blattstruktur Zusammenhang zwischen Blattoberfläche und Wasser
Lotuseffekt in der Natur Technische Umsetzung - Nanotechnologie Anwendungsgebiete Aufbau der Pflanze Überabteilung: Samenpflanzen Abteilung: Bedecktsamer Klasse: Dreifurchenpollen Zweikeimblättrige Ordnung: ProtealesFamilie:Lotosgewächse Gattung: Lotos Grenzflächen: Wechselwirkung zwischen Festkörpern und Umgebung laufen nahezu ausschließlich über Grenzschichten ab gilt auch für biologische Systeme (Interaktion zwischen lebendem Organismus und Umwelt) Biologische Oberflächen sind in Millionen Jahren d.
Evolution entstandene, optimierte, multifunktionale Systeme ihre Aufgaben: mechanische Stabilität, Thermoregulation und Kontrolle des Stoffaustausches (Wasserverlust, Gaswechsel) Zusammenhang zwischen Blattoberfläche und Wasser stark verminderte Benetzbarkeit von Blättern stellt sehr auffälliges Phänomen dar Theorie d. Benetzung v. Oberflächen wurde weitgehend zu Beginn letzen Jahrhunderts erarbeitet, ist im Detail aber bis heute Gegenstand intensiver Forschung Allgemein: Benetzung eines Stoffes mit Wasser und Luft als umgebendem Medium hängt vom Verhältnis der Grenzflächenspannungen Wasser/Luft, Festkörper/Wasser, Festkörper/Luft ab Verhältnis d. Spannungen bestimmt Kontaktwinkel d. Wassertropfens auf Oberfläche Kontaktwinkel von 0° bedeutet vollständige Benetzung, d. h. ein Wassertropfen zerläuft zu monomolekularen Film Kontaktwinkel von 180° bedeutet vollkommene Unbenetzbarkeit, Tropfen berührt Ober- fläche in nur einem Punkt Stoffe mit hohen Grenzflächenspannung werden besser benetzt als solche mit niedriger Grenzflächenspannung z.B. Teflon Verhalten v. Wasser auf einer Oberfläche hängt in starkem Maß von Rauhigkeit d. Oberfläche ab Ist glatte Oberfläche relativ gut benetzbar, dann wird Benetzbarkeit durch Aufrauhung weiter verbessert Ist glatte Oberfläche hydrophob, damit schlecht benetzbar, dann führt Aufrauhung zu Superhydrophobie,extremer Wasserabstoßung Im letzteren Fall wird Luft zwischen Mikrostrukturen und Wassertropfen eingeschlossen Bringt man einzelnen Tropfen auf intaktes bewachstes Blatt auf, dann kugelt er sich ab, verhält sich so wie auf heißen Herdplatte Durch Rauhigkeit d. Oberfläche wird Kontaktfläche zwischen Blatt und Wassertropfen extrem minimiert, was scheinbar reibungsloses Abrollen der Tropfen ermöglicht Im letzteren Fall wird Luft zwischen Mikrostrukturen und Wassertropfen eingeschlossen Bringt man einzelnen Tropfen auf intaktes bewachstes Blatt auf, dann kugelt er sich ab, verhält sich so wie auf heißen Herdplatte Durch Rauhigkeit d. Oberfläche wird Kontaktfläche zwischen Blatt und Wassertropfen extrem minimiert, was scheinbar reibungsloses Abrollen der Tropfen ermöglicht
Lotuseffekt in Natur Pflanzen sind v. Natur aus unterschiedlichen Verschmutzungen ausgesetzt meisten sind anorganischer (verschiedene Stäube, Ruß), andere biologisch (Pilzsporen, Konidien, Honigtau, Algen) unterscheiden sie sich hinsichtlich ihrer Benetzbarkeit, ob sie von Wassertropfen aufgenommen werden o. auf Oberfläche schwimmen unterschiedliches Reinigungsverhalten zur Folge Auf rauhen, unbenetzbaren Blättern > nicht nur Adhäsion von Wasser an Oberfläche verringert, sondern auch von Schmutz Rollt Tropfen über lose aufliegenden Schmutzpartikel hinweg, dann werden sie v. Wasser benetzt, haften an Tropfenoberfläche Durch sehr geringe Adhäsion an Oberfläche werden Partikel mitgerissen, vom Blatt entfernt Bei Kontamination d. Blätter mit hydrophilen („wasserliebenden") Schmutz (Lehm), kann beobachtet werden, dass Partikel in Wassertopfen aufgenommen werden u. nicht wieder aus ihnen herausgelangen können Deutlich ist Laufspur sichtbar, wo Tropfen d. Partikel aufgenommen haben Wird statt hydrophilen hydrophobe (wasserabweisenden) Substanz zur Kontamination verwendet, Änderungen des Verhaltens an Oberfläche Gegen Erwartungen entfernt aufgesetzter Wassertropfen Partikel ebenfalls v. Blatt, obwohl hydrophoben Partikel eher an hydrophoben Oberfläche haften sollten als am Wassertropfen Dabei werden Partikel jedoch nicht ins Innere d. Tropfens aufgenommen, sondern bedecken Oberfläche d. Tropfens gleichmäßig hydrophobe Substanz wird durch Wassertropfen von hydrophober Oberfläche entfernt Partikel liegen nur auf äußersten Spitzen d. Wachskristalle auf Daher ist ihre Kontaktfläche mit Blattoberfläche extrem gering, damit verbunden Adhäsionskräfte größer zwischen Wassertropfen und Partikel als zwischen Partikel u. d.Wachsschicht Partikel haften also an Wasseroberfläche selbstreinigende Eigenschaft d. Oberfläche ist kein zufälliges Begleitphänomen, sondern von d. Pflanze „gewollt“ Neben anorganischen Kontaminantien (mehrere negative Auswirkungen auf lebendes Gewebe z.B.: stärkere Erhitzung unter Sonneneinstrahlung, Säurewirkung, Verschluß v. Spaltöffnungen), organische Pilsporen, Bakterien o. Algen für Pflanzen spielen viel bedeutendere Rolle wohl eleganteste Möglichkeit sich zu schützen bietet jedoch Selbstreinigung Dadurch Verhinderung, dass sich Pathogen auf Oberfläche überhaupt erst festsetzt Sporen werden bei jedem Regen abgewaschen, und für Fall, dass es Zeitlang nicht regnet, fehlt ihnen nötiges Wasser für Keimung Technische Umsetzung selbstreinigende Eigenschaft beruht ausschließlich auf physikalisch - chemischer Grundlage - ist nicht an lebendes System gebunden > kann selbstreinigende Oberfläche technisch hergestellt werden Werkstoffe für derartige neue Beschichtungen stehen zur Verfügung Bis heute wurde allerdings scheinbar widersprüchliche Forderung nach rauer Oberfläche als Grundlage für sauberere Oberfläche übersehen Dennoch haben in letzten Jahren Forschung/Industrie intensive Anstrengungen unternommen, um schmutzabweisende o. selbstreinigende Oberflächen zu entwickeln Einige Werkstoffe erlauben auch, Beschichtungen herzustellen mit hydrophoben + oleophobe Eigenschaften werden also weder v. Wasser noch Öl benetzt > ultraphob Mögliche Anwendungsgebiete > Beschichtung von Fassaden, Dächern, Textilien, Lackindustrie Gelingt Umsetzung, Lotus-Effekt-Produkte als eindrucksvollste Beispiele für
Bionik Nanotechnologie Nanotechnologie > Veränderung v. Materialien Veränderung von Molekülstrukturen > Anwendung bei neuen Gerätekonstruktionen Heute > auch Herstellung von Nanomaterialien auf chemischen Weg Eigenschaften von Nanowerkstoffen, Bauteilen etc. werden in Nanostruktur festgelegt Anwendungsgebiete Nano - : - Bransschutzversiegelung Holz - Brandschutz für Textil Brandschutz Syntex (Brandschutzimprägnierung) Brandschutz Pappe/Papier Versiegelungen, Reiniger (Haushalt, Industrie) Lackschutz, selbstreinigender Lack (z.B.:Auto, Motorrad) Graffiti – Schutzversiegelung Quellen www.nees.uni-bonn.de www.biokon.net www.ideenlabor-natur.de http://www.
nanotech-lotuseffekt.de/nano.htm http://nano.dmd-24.de/html/lotus_effekt.html Http://www.
nanotech-lotuseffekt.de/nano.htm http://presse.databecker.de/neuerscheinungen/zubehoer/00000096b008a7d0a/index.php http://www.digital-world.de/news/video/
lotuseffekt_auf_bildschirmen/1251265/
lotuseffekt_auf_bildschirmen.html Wikipedia > Suchbegriff
Lotuseffekt
