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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 9. Vorlesung Bionik I Nanobionik: Vorbild Natur im Mikro- und Nanobereich Lotus-, Sandfisch- und Mottenaugen-Effekt.

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1 Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 9. Vorlesung Bionik I Nanobionik: Vorbild Natur im Mikro- und Nanobereich Lotus-, Sandfisch- und Mottenaugen-Effekt Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

2 Kongo-Rosenkäfer ( Pachnoda marginata ) Amurnatter ( Elaphe schrencki schrencki )Dunkelkäfer der Namib ( Stenocara sp.) Wasserbrotwurzel (Colocasia esculenta) Gletscherfloh ( Isotoma saltans ) Weißhai ( Carcharhinus ) Sandskink der Sahara ( Scincus scincus ) Painted Lady ( Vanessa kershawi ) Biologische Mikro- & Nano- Strukturen ? ?

3 Der Lotus-Effekt In Asien gilt die Lotus-Pflanze als religiöses Symbol der Reinheit.

4 Lotus-Effekt an einem Kohlblatt Foto: A. Regabi El Khyari

5 Entwicklung der Lotus-Farbe Bionik-Produkt REM Selbstreinigung 30 μm

6 Testflächen an meiner Hauswand nach 3 ½ Jahren Lotusan Fassadenfarbe normale Fassadenfarbe

7 Oberfläche einer Sumpfpflanze (Botanischer Garten Shanghai)

8 Glatte wasseranziehende Oberfläche: Der Wassertropfen fließt über die anhaftenden Schmutzpartikel hinweg Rauhe wasserabstoßende Oberfläche: Der Wassertropfen wäscht rollend die wenig haftenden Schmutzpartikel weg Mechanismus des Lotus-Effekts

9 Der Lotus-Effekt in Aktion

10 Young-Formel: Oberflächenspannung und Benetzungswinkel Adhäsion > Kohäsion Adhäsion < Kohäsion Adhäsion << Kohäsion

11 Der erweiterte Lotuseffekt Lotusblatt 1 × 1 cm Technische Nachbildung Sekundäre Struktur

12 Der erweiterte Lotuseffekt Wassertropfen

13 Prof. Wilhelm Barthlott Lotuseffekt-Dachziegel mit Photokatalyse-Effekt

14 Der Mottenaugen-Effekt

15 130 fach 420 fach 1650 fach 4120 fach Mikro-Noppen Mikro-Optik des Mottenauges

16 Reflexion von Licht wird durch eine allmähliche Zunahme der optischen Dichte des Glases vermieden. Mikro-Noppen auf der Glas- oberfläche lassen scheinbar die optische Dichte des Gla- ses langsam anwachsen. Licht

17 Hummelschwärmer Der Hummelschwärmer imitiert mit seinen optisch verkleinerten Flügeln eine Hummel (Mimikry) (Hemaris fuciformis)

18 Unsichtbare Qualle ?

19 Geprägte Nanostruktur mit 200 nm Noppenabstand Eine Mottenaugen- Glasscheibe

20 Der Mottenaugeneffekt

21 Wunder Gecko-Fuß

22 Geckos haften über atomare Kräfte (Van-der-Waals-Kräfte) an der Wand Der Gecko an der Wand Mikrohaare 2 kg (theoretisch) Photo: M. Moffet Beispiel Zwischenmaß

23 Eine Gecko-Zehe besitzt Borstenhaare Ein Borstenhaar besitzt Nanohaare Nanostruktur des Gecko-Fußes

24 Oberfläche 1 Oberfläche 2 Mikrohaar Nanohaare ! Technische Oberfläche Der Gecko-Effect Adhäsion durch Van-der-Waals-Kräfte Kleine Kontaktfläche Kleine Adhäsionskraft Große Kontaktfläche Große Anhäsionskraft Kontaktstellen

25 Synthetische Geckohaare für Spiderman (New Scientist )

26 Gecko-Tape Technik Biologie Vorteil: Temporäre Haftung ohne Klebereste

27 Nebelfänger in der Wüste

28 Nebel-Ernten in der Namib-Wüste

29 Dunkelkäfer der Namibwüste (Stenocara sp. ) Andrew R. Parker and Chris R. Lawrence 10 m Hydrophobe Basisoberfläche Hydrophile Kuppen Ähnlich dem Lotus-Effekt ®

30 Nebeltröpfchen Hydrophile Kuppen Hydrophobe Noppen

31 Nebeltröpfchen Hydrophile Kuppen Hydrophobe Noppen Kondensation

32 Nebeltröpfchen Hydrophile Kuppen Hydrophobe Noppen Gesammelter Tau Zum Käfermund

33 Luftstrom Experiment von Parker und Lawrence Sprühflasche Ventilator Wächserne Oberfläche Glaskügelchen

34 Der Sandfisch-Effekt Foto: A. Regabi El Khyari

35 Sandfisch ?

36 Der Sandfisch der Sahara

37 Reibung Abrieb Ladungsemission Eigenschaften der Sandfischschuppe M. Zwanzig, IZM 8µm8µm Sandströmung Schuppe

38 Feld- arbeit in der Sahara Erg Chebbi Mein Sahara Labor GPS: N 31° - 15 – 02 W 03° - 59 – 13

39 Einfaches Granulat- Reibmessgerät für Feldversuche Handstellhebel Objektplattform Reibwinkelskala Granulatkanüle

40 Zur Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten

41 Sandskink Messung des Sand-Gleitwinkels Sand fließt Sand stoppt 20 ° 18 °

42 Gleitreibung: Sandfisch im Vergleich zu technischen Materialien Sahara-Messung S k i n k Sand Gleitwinkel S tahl G l a s T e f l o n N y l o n

43 Reibungsmessung mit einem sandgefüllten Zylinder

44 Reibungs- gleitwinkel: Stahl = 19° Sandskink = 12° Caudal Sandskink = 18° Cranial Sand-Zylinder- Messungen 58 % Skink Stahl ste August S a n d g l e i t w i n k e l

45 Sandfischschuppe unter dem Rasterelektronenmikroskop 8µm8µm Sand Strömung Rücken Bauch 50 nm Ø Schuppe

46 Schwellenstruktur in Schrägansicht 6 µm6 µm Sandströmung

47 Größenrelation Sandkorn auf Mikroschwellen Gleitrichtung

48 Abrieb der Sandfischschuppen

49 technische Oberflächen im Sandwind schnell matt werden ! Die Sandfischhaut glänzt immer während Zur Abrasionsfestigkeit

50 Einfache Vorrichtung für die Abriebversuche Sandtrichter Sandstrahl Objektplattform

51 Auftreffpunkt des Sandstrahls Sandstrahlzeit: 10 Stunden ! Abriebfleck: Stahl Glas

52 Sandabrieb unter dem Microskop Vorher Nachher 2 Stunden Strahlzeit 20 cm Strahlhöhe Glas Vergrößerung 200 Sandfisch Vergrößerung 1000 Mit Tesafilm abgedeckt Sandstrahlerosion

53 Sandfisch Parallelevolution Sandboa

54 Sandskink Parallelevolution Sandfisch Sandboa

55 Keilschleiche Sphenops sepsoides Parallelevolution Querschwellen

56 Statische Elektrizität im Sandsturm

57 Elektrische Entladung an einem Sandfischrücken

58 Triboelektrische Aufladung eines Glasstabs

59 Triboelektrische Aufladung eines Plastikstabs

60 Gerichtete Triboelektrizität an der Sandfischschuppe Electronen-Donator Electronen-Akzeptor Sandfischschuppe Kopf Schwanz

61 Elektrisch neutrale Sandkörner mit gegensätzlich geladenen Spots

62 Sandkorn Elektrostatische Schwebe-Hypothese Sandfisch

63 Modernes Sand-Boarding

64 * Eine Fußnote

65 Auf der Suche nach neuen Bionik-Projekten

66 Thema: Abriebfestigkeit der Wüstenflora

67

68

69

70 Tamariske

71 Ende


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