Reduktion von Reibung ist eines der zentralen Themen bei jeglicher Art von Verkehrs- und Transportsystemen. Gerade aus der Schifffahrt ist bekannt, dass der Reibungswiderstand die dominierende Größe bei langsam fahrenden Transportmitteln ist. In den letzten Jahren wurde neben vielen anderen Ansätzen auch die Reibungsreduktion durch Luft untersucht. In den Untersuchungen zur Reibungsreduktion durch Luft haltende Strukturen unter Wasser wurden hauptsächlich Oberflächen genutzt, die in ihrer Dimensionierung selbstreinigenden Pflanzen, wie dem Lotus entsprachen. In der Natur gibt es jedoch eine Vielzahl von Organismen, deren Oberflächen gerade auf das Halten einer Luftschicht optimiert sind. Am Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen wurden erstmalig die Luft haltenden Oberflächenstrukturen von Pflanzen wie auch Tieren systematisch erfasst und charakterisiert. So konnte gezeigt werden, dass die unter Wasser Luft haltenden Oberflächen immer filamentöse, also haarige, Strukturen aufwiesen. Diese sind in ihrer Ausprägung sehr verschieden, haben aber alle eine Wasser abstoßende Chemie. Wichtig ist auch eine zusätzliche Strukturierungsebene der Oberfläche bzw. des einzelnen Haares. Dabei reicht die Strukturvielfalt von einer weiteren haarigen Struktur über kleine kegelförmig oder flaschenförmige Haare bis zu rillenförmiger Strukturierung des einzelnen Haares. Die Überlagerung von Haaren und Haarstrukturen schafft eine Vielzahl von Hohlräumen, so genannten Mikro- und Nanokavitäten. Bei Erhöhung des hydrostatischen Drucks bieten diese Hohlräume Rückzugsmöglichkeiten für die Luftschicht. Die Haarstrukturen können eine hohe Elastizität aufweisen und dem Druck unter Wasser nachgeben können. Über die Kombination dieser Merkmale kann die Luftschicht unter Wasser optimal gehalten werden. Diese Prinzipien konnten auf technische Oberflächen übertragen werden. Es wurde ein Strukturprotokoll erstellt, das die Anforderungen an ein entsprechendes textiles Gewebe definierte. Es zeigte sich, dass eine Luftschicht über vier Tage unter Wasser gehalten werden konnte und das Textil komplett trocken aus dem Wasser kam. Als interessantes Anwendungsgebiet sind superhydrophobe Badetextilien zu sehen, die möglichst nicht nass werden, wenn sie im Wasser sind. Längerfristig sollen die Erkenntnisse auch auf Schiffe und Rohrleitungen übertragen werden.
Biologische superhydrophobe Grenzflächen - Technische Potenziale für Unterwasseranwendungen
Bionik und Nachhaltigkeit - Lernen von der Natur, Internationale Sommerakademie St. Marienthal, 12 ; 69-75
2007
7 Seiten, 16 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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