english  | Home | Impressum | Kontakt | KIT

Salvinia®-Effekt

Epoxidharzstruktur mit Salvinia®-Effekt
Salvina-Effekt
Die Luft-Wasser-Grenzfläche wird durch die Trichome gestützt und an deren Enden gepinnt. Die Oberfläche der schneebesenartigen Trichome (c) ist mit Nanoskaligen Wachskristallen überzogen. Nur die Endzellen an der Spitze jedes Trichoms sind frei von Wachs.
Unterdruckstabilität einer künstlichen lufthaltenden Struktur
Bestimmung der Unterdruckstabilität einer künstlichen Struktur. Mit Salvina®-Effekt (rechts) wird die Luft deutlich stabiler gehalten.

Projektpartner:   

  • Uni Rostock (Strömungsmechanik)
  • Uni Bonn, Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen (Botanik)
  • TKMS Blohm + Voss Nordseewerke GmbH, Hamburg (Schiffstechnik)
  • Karlsruher Institut für Technologie (Nanotechnologie, 3D-Lithographie)

Ansprechpartner:       Stefan Walheim, stefan.walheim∂kit.edu

 

Schiffe verbrauchen den größten Teil ihrer Antriebsenergie, um die Reibung zwischen Schiffsrumpf und Wasser zu überwinden. Umgäbe man das Schiff mit einer permanenten Schicht aus Luft, so würde der Energieverbrauch drastisch reduziert. Das entscheidende Problem, wie man nämlich mit einer nanostrukturierten Oberfläche unter Wasser permanent eine Luftschicht halten kann, haben sich Wissenschaftler von der Natur abgeguckt.

Das Schiff, das auf Luft gleitet

Mit einem völlig neuartigen Konzept soll der Energieverbrauch von Schiffen drastisch reduziert werden: Der Schwimmfarn Salvinia molesta hält durch seine elastischen, superhydrophoben, schneebesenförmigen Haare mit hydrophilen Spitzen an der Blattoberseite beim Untertauchen unter Wasser eine Luftschicht dauerhaft an der Blattoberfläche. Die Erkenntnisse über den hiermit gefundenen „Salvinia®-Effekt“ lässt sich erfolgreich auf künstlich strukturierte, technische Oberflächen übertragen. Einige davon vermögen eine Luftschicht über mehrere Jahre zu halten.

Wasserliebende Spitzen

Wie die Forscherteams entdeckten, ist die Lösung in der Natur einfach und genial zugleich: Die Oberfläche der einzelnen Härchen ist zwar Wasser abstoßend, ihre Spitzen hingegen sind extrem wasserliebend – sie halten den Wasserfilm regelrecht fest. Wenn das Wasser sich von den Oberflächenspitzen der Härchen lösen will, weil sich eine Luftblase bildet, bleibt der Wasserfilm an der Grenzschicht, wo die Lufthülle endet und der Wasserfilm beginnt, festgeklebt.

 

Literatur:

W. Barthlott et al., Adv. Mater. 22 (2010) 2325-2328
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200904411/abstract
DOI: 10.1002/adma.200904411

 

Abbildungen:

1 Technische Oberfläche (links) und Farnblatt mit anhaftendem Luftfilm

2 Die Luft-Wasser-Grenzfläche wird durch die Trichome gestützt und an deren Enden gepinnt. Die Oberfläche der schneebesenartigen Trichome (c) ist mit nanoskaligen Wachskristallen überzogen. Nur die Endzellen an der Spitze jedes Trichoms sind frei von Wachs.

3 Bestimmung der Unterdruckstabilität einer künstlichen Struktur. Mit Salvina®-Effekt (rechts) wird die Luft deutlich stabiler gehalten.