Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Kohlenstoff mit Luftreservoir: Neue Materialklasse entdeckt

Natürlicher Salvinia-Effekt erstmals in nanostrukturiertem Kohlenstoff realisiert

17.07.2017

AK Schneider

Unter Wasser lässt sich der in der Natur weitverbreitete Salvinia-Effekt nun künstlich auf Oberflächen von ansonsten tiefschwarzen Kohlenstoffnanoröhren realisieren.

Forscher der TU Darmstadt und der Universität Bonn haben Kohlenstoffmaterialien so modifiziert, dass sie unter Wasser auf ihrer Oberfläche eine permanent eingeschlossene Luftschicht anlagern können. Diese in der Natur als Salvinia-Effekt bekannte Eigenschaft kann zukünftig auch für technische Anwendungen interessant sein.

Superhydrophobe Oberflächen, die keinerlei Benetzbarkeit durch Wasser zeigen, spielen in der Natur eine wichtige Rolle. Sie erlauben es Pflanzen sich vor Kontamination zu schützen, da deren Oberflächen für eine Besiedlung durch schädliche Mikroorganismen weitestgehend ungeeignet sind. Eine weitere Eigenschaft solcher Oberflächen ist der sogenannte Salvinia-Effekt: Im Falle einer zusätzlich strukturierten Oberfläche erfolgt die Ausbildung isolierter Luftpolster oder -Taschen unter Wasser, bzw. an der Grenzfläche zwischen Material und Wasser. Diese nutzen Pflanzen – aber auch andere Lebewesen wie wasserlebende Käfer – für den Gasaustausch oder die Reduktion des Reibungswiderstands bei der Fortbewegung unter Wasser. Eindrucksvolle Beispiele hierfür sind der Farn Salvinia Molesta oder der aquatisch lebende Rückenschwimmer Notonecta. Durch die unter der Wasseroberfläche eingeschlossenen Luftpolster auf ihrer Oberfläche entsteht zudem eine Totalreflexion des auffallenden Lichts, die zu einem intensiven Silberglanz solcher Oberflächen führt und möglicherweise auch Fressfeinde abschrecken kann.

Mit Kohlenstoffnanoröhren, die während ihres Herstellungsprozesses gleichzeitig über größere Bereiche kontrolliert flächig angeordnet werden können, wurde jetzt eine künstlich herstellbare Materialklasse entdeckt, die den Salvinia-Effekt in idealer Weise zeigt und damit ein Paradebeispiel für ein biomimetisches Wirkprinzip darstellt. Diese nanostrukturierten Kohlenstoffmaterialien sind mechanisch und thermisch sehr stabil, zudem hochflexibel und trotzen auch harschen Umgebungsbedingungen. Durch diese Eigenschaften unterscheiden sie sich grundlegend von weichen Polymermaterialien.

Ihre Oberflächen lassen sich zudem gezielt chemisch verändern, so dass der Salvinia-Effekt in diesen Materialien in Zukunft auch für technische Anwendungen wie z.B. in mikrofluidischen Strukturen zur selektiven Gasadsorption innerhalb von strömenden Flüssigkeiten genutzt werden kann. Andere neuartige Forschungsgebiete mit hoher Anwendungsrelevanz ergeben sich zum Beispiel beim Wärmetransfer sowie bei Vereisung und Frostvorgängen. Alle diese Phänomene werden unter anderem durch das kontrollierte Vorhandensein einer flüssigen Phase auf einer Oberfläche beeinflusst. Das starke Reflexionsverhalten in Gegenwart von Wasser kann möglicherweise auch als optischer Sensor für die Detektion von Feuchtigkeitspuren in Zukunft nutzbar gemacht werden. Damit stehen die Eigenschaften dieses hochgeordneten Kohlenstoffmaterials in herausragender Weise für das Forschungsgebiet der Bionik oder Biomimetik, verbinden sie doch Biologie und Technik mit dem Ziel, durch Abstraktion, Übertragung und Anwendung von Erkenntnissen, die durch interdisziplinäre Zusammenarbeit an biologischen Vorbildern gewonnen werden, technische Fragestellungen zu lösen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über TU Darmstadt
  • News

    Brandsicher und nachhaltig

    Der Brand im Londoner Grenfell-Tower hat es noch einmal in den Fokus gerückt: Die Anforderungen an moderne Dämmmaterialien sind hoch. Neben ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit sollen sie brandsicher, wirtschaftlich und nachhaltig sein. An einem Dämmstoff, der all das kann, forschen Wissenscha ... mehr

    Leistungsschub für Permanentmagnete

    Ein Forschungsteam an der TU Darmstadt hat auf atomarer Ebene untersucht, wie sich Veränderungen im Eisengehalt auf die Mikrostruktur von Samarium-Kobalt-Magneten auswirken. Die Ergebnisse wurden jetzt in „Nature Communications“ veröffentlicht und könnten langfristig zur Entwicklung von Per ... mehr

    Mehr Druck für mehr Kühlung

    Hochdruckkühlungen können zu effektiverer Wärmeabfuhr beitragen. Das zeigten Chemiker der TU Darmstadt und der Universität Lyon. Effektive Kühlung ist die Voraussetzung für viele technische Prozesse und Produkte, zum Beispiel für neue, schnellere Generationen von Computerchips, welche immer ... mehr

  • Universitäten

    Technische Universität Darmstadt

    mehr

  • q&more Artikel

    Einsichten

    Eigentlich ist die Brennstoffzellentechnik schon „ein alter Hut“. Die erste Brennstoffzelle wurde von Sir William Grove 1839 entwickelt, der erste Brennstoffzellenstapel bereits 1842 der Öffentlichkeit präsentiert. Trotzdem verstaubte das innovative elektrochemische Konzept vorerst in der S ... mehr

    Makromolekulare Schlingpflanzen

    Eine Kurve, die sich mit konstanter Steigung um den Mantel eines Zylinders windet, wird als ­(zylindrische) Helix bezeichnet. Ihre Bildung kann man sich als eine Überlagerung einer Trans­lations- mit einer Rotations­bewegung vorstellen, wobei bei gleich bleibendem Rotationssinn ein Wechsel ... mehr

    Kohlenstoff in 1-D, 2-D und 3-D

    Das Element Kohlenstoff sorgt wie kein anderes ­Element des Periodensystems der Elemente seit­ ­nunmehr als 25 Jahren in regelmäßigen Abständen für intensive Forschungsaktivitäten. War es Mitte der 80er-Jahre die Entdeckung der gezielten Synthese der sphärischen Allotrope des Kohlenstoffs, ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Katja Schmitz

    Katja Schmitz, geb. 1978, studierte Chemie in Bonn und Oxford und fertigte nach dem Diplom­abschluss 2002 ihre Promotion über Peptide, Peptoide und Oligoamine als molekulare Transporter in der Arbeitsgruppe von Ute Schepers im Arbeitskreis von Konrad Sandhoff an der Universität Bonn an. 200 ... mehr

    Constantin Voss

    Constantin Voss, geb. 1985, studierte Chemie an der Technischen Universität Darmstadt mit dem Abschluss Diplom-Ingenieur. Seine Diplomarbeit mit dem Titel „Synthese von funktionali­sierten Distyrylpyridazinen für die Fluoreszenz­diagnostik“ fertigte er 2011 im Arbeitskreis Prof. Boris Schmi ... mehr

    Prof. Dr. Boris Schmidt

    Boris Schmidt, geb. 1962, studierte Chemie an der Universität Hannover und am Imperial College in London. Nach seiner Promotion 1991 an der Universität Hannover lehrte er bis 1994 am Uppsala Biomedical Centre und forschte zwischenzeitlich als DFG-Stipendiat im Rahmen eines Post-Doc-Aufentha ... mehr

Mehr über Universität Bonn
  • News

    Forscher berechnen zentrale Eigenschaft von Wasser

    Wasser-Moleküle können spontan in negativ und positiv geladene Teilchen zerfallen. Chemiker der Universitäten Bonn, Rostock und Wisconsin-Madison haben diese Eigenschaft erstmals am Computer nachvollzogen. Ihre Studie wirft Licht auf eine Reaktion, ohne die es vermutlich kein Leben gäbe. Fl ... mehr

    Exotische Quantenzustände: Erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon erzeugt

    Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise ... mehr

    Mikro-Lieferservice für Dünger

    Pflanzen können Dünger nicht nur über die Wurzeln, sondern auch über die Blätter aufnehmen. Über einen längeren Zeitraum gestaltet sich eine Blattdüngung jedoch schwierig. Deutsche Forscher stellen jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie ein leistungsfähiges Zufuhrsystem für Mikronährsto ... mehr

  • Universitäten

    Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

    Die Universität Bonn ist eine international operierende,  kooperations- undschwerpunkt- orientierteForschungsuniversität. Anerkannte Stärken bilden ihr wissenschaftliches Profil. Dieses Profil wird die Universität Bonn in den kommenden Jahren weiter festigen und schärfen. Dies geschieht bei ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Jürgen Bajorath

    Jürgen Bajorath hat Biochemie studiert und an der Freien Universität Berlin promoviert. Nach seinem Postdoc-Aufenthalt bei Biosym Technologies in San Diego war er für mehr als 10 Jahre in der US-amerikanischen Pharmaforschung tätig und hatte ebenfalls akademische Posi­tionen, zuletzt war er ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.