Versuche Nanotechnologie
- Was ist der Lotuseffekt:
Der Lotus-Effekt bewirkt, dass Wassertropfen von der Oberfläche des jeweiligen Gegenstands z.B. Hausoberflächen, Fotopapier, Blätter abperlt und dabei den Schmutz, der auf der Oberfläche liegt, einzieht und mitnimmt.
Die Eigenschaften der Blätter der Lotusblume waren Vorbild für die Entwicklung technischer Produkte mit Selbstreinigungseffekt.
- Wie funktioniert der Lotuseffekt:
Der Lotus-Effekt basiert auf 3 Grundlagen:
- die Oberfläche ist mikro- und nanostrukturiert,
- die Oberfläche ist Wasser abweisend (hydrophob)
- und der Oberflächenspannung des Wassers.
Erklärung am Beispiel einer selbst reinigenden Pflanze:
Hier bilden die äußersten Zellen (Epidermis) 20-50µm große Noppen, deren Oberfläche mit 0,5-5µm großen Wachsstrukturen besetzt ist. Schmutzpartikel sitzen dann bei solch einer Oberfläche wie ein Fakir auf dem Nagelbrett, d.h. die Schmutzpartikel liegen nicht flach auf. Da das Wasser leicht abperlt, kann es Schmutzpartikel leicht aufnehmen und wegtragen. Warum perlt jedoch das Wasser leicht ab: dies liegt an der Wasser abweisenden Oberfläche und an der feinen Struktur der Oberfläche. Der Wassertropfen hat quasi nur auf den „Nagelspitzen“ Kontakt zur Oberfläche des Blattes und wird durch die Oberflächenspannung des Wassers gezwungen, eine Kugelform anzunehmen. Der Wassertropfen nimmt wasserlösliche (lösen sich im Tropfen auf) und nicht-wasserlösliche (haben wegen des Nagelbretts mehr Haftung zum Tropfen als zur Oberfläche) Partikel mit.
Versuche zum Lotuseffekt:
Wir haben verschiedene Oberflächen genommen und Sie untersucht, ob es dort einen Lotuseffekt gibt oder nicht.
Dabei war es wichtig zu prüfen, mit welchem Kontaktwinkel der Tropfen auf dem Blatt haftete.
Hier ist eine Erklärung, was die unterschiedlichen Kontaktwinkel bedeuten:
Wir untersuchten ein Pflanzenblatt, ein normales Papier und ein Fotopapier:
Wir haben verschiedene Oberflächen genommen und Sie untersucht, ob es dort einen Lotuseffekt gibt oder nicht.
Dabei war es wichtig zu prüfen, mit welchem Kontaktwinkel der Tropfen auf dem Blatt haftete.
Hier ist eine Erklärung, was die unterschiedlichen Kontaktwinkel bedeuten:
Wir untersuchten ein Pflanzenblatt, ein normales Papier und ein Fotopapier:
1. Wassertropfen auf Pflanzenblatt:
Wir haben ein Pflanzenblatt genommen und es unter ein Mikroskop gelegt. Anschließend haben wir einen Tropfen Wasser, mit Hilfe einer Pipette, auf das Blatt gegeben. Der Tropfen Wasser lag auf dem Blatt und nahm sofort eine Kugelform an. Als wir das Blatt dann ein bisschen neigten, rollte der Tropfen vom Blatt, ohne Wasser auf dem Blatt zu hinterlassen.
Der Kontaktwinkel des Wassertropfens zum Pflanzenblatt war kleiner 90°, d.h. das Pflanzenblatt ist hydrophil.
Der Kontaktwinkel des Wassertropfens zum Pflanzenblatt war kleiner 90°, d.h. das Pflanzenblatt ist hydrophil.
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| Mehrere Tropfen auf einem Pflanzenblatt |
2. Wassertropfen auf normalem Papier:
Wir nahmen ein normales Blatt Papier (Blockblatt) und legten es unter ein Mikroskop um heraus zu finden, was das Blatt für eine Oberfläche hat. Anschließend haben wir wieder einen Tropfen auf das Papier gegeben. Der Tropfen lag wie beim Blatt in Kugelform auf dem Block Blatt. Doch als wir das Blockblatt ein bisschen bewegten, sog das Blockblatt den Wassertropfen ein.
Der Kontaktwinkel des Wassertropfens zum normalen Papier war kleiner 90°, d.h. das Papier ist hydrophil.
Doch als wir das Blatt ein bischen bewegten, sog das Blockblatt den Wassertropfen ein.
Der Kontaktwinkel des Wassertropfens zum normalen Papier war kleiner 90°, d.h. das Papier ist hydrophil.
Doch als wir das Blatt ein bischen bewegten, sog das Blockblatt den Wassertropfen ein.
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| Mehrere Tropfen auf normalem Papier |
3. Wassertropfen auf Fotopapier:
Wir nahmen ein Fotopapier und legten es wieder unter ein Mikroskop. Anschließend folgte wieder der Wassertropfen auf dem Fotopapier. Der Wassertropfen blieb wieder liegen und als wir das Fotopapier bewegten kullerte der Tropfen wieder vom Fotopapier runter, ohne Wasser zu hinterlassen.
Der Kontaktwinkel des Wassertropfens zum Fotopapier war kleiner 90°, d.h. das Fotopapier ist hydrophil.
Der Kontaktwinkel des Wassertropfens zum Fotopapier war kleiner 90°, d.h. das Fotopapier ist hydrophil.
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| Tropfen auf Fotopapier |
Ergebnisse:
- Die Pflanze hat sehr viele Noppen mit Wachsstrukturen. Dadurch bildet sich die Kugelform und der Wassertropfen rollt einfach auf den Noppen weg.
- Das Blockblatt muss immer mit Wasser kämpfen. Meistens ist es Tinte. Damit die Tinte nicht sofort verläuft wurde das Block Blatt hydrophobisiert. Dadurch verläuft die Tinte, bzw. der Wassertropfen nicht gleich, erst wenn das Blatt verruckelt wird, oder man drüber wischt.
Versuche mit Holzplatte, die dem Lotuseffekt nachgeahmt wurde.
Wenn man Schmutz (z.B. Lehm) auf eine beschichtete Holzplatte gibt und anschließend etwas Wasser hin zu gibt, dann verbindet sich der Lehm mit dem Wassertropfen. Der Schmutz bzw. der Lehm wird also vom Wassertropfen eingeschlossen. Sobald man das Brett neigt, fließt der Wassertropfen inklusive des Schmutzes vom Brett und das Brett wird sauber.
Hierzu noch ein kleines Video zum oben genannten Versuch:
Hierzu noch ein kleines Video zum oben genannten Versuch:
