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

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

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

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

Entwicklung der Lotus-Farbe REM Selbstreinigung Bionik-Produkt Entwicklung der Lotus-Farbe

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

Glatte wasseranziehende Oberfläche: Rauhe wasserabstoßende 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

Der Lotus-Effekt in Aktion

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

Lotuseffekt-Dachziegel mit Photokatalyse-Effekt Prof. Wilhelm Barthlott

Der Mottenaugen-Effekt

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

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 l <

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

Unsichtbare Qualle

Geprägte Nanostruktur mit 200 nm Noppenabstand Eine Mottenaugen-Glasscheibe

Der Mottenaugeneffekt

Wunder Gecko-Fuß

Geckos haften über atomare Kräfte (Van-der-Waals-Kräfte) an der Wand 2 kg (theoretisch) 500 000 Mikrohaare Photo: M. Moffet Geckos haften über atomare Kräfte (Van-der-Waals-Kräfte) an der Wand Der Gecko an der Wand

Nanostruktur des Gecko-Fußes Ein Borstenhaar besitzt 1 000 Nanohaare Eine Gecko-Zehe besitzt 500 000 Borstenhaare Nanostruktur des Gecko-Fußes

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

Synthetische Geckohaare für Spiderman (New Scientist 15. 05. 2003)

Nebelfänger in der Wüste

Nebel-Ernten in der Namib-Wüste

Dunkelkäfer der Namib-Wüste (Onymacris unguicularis) Hydrophile Kuppen Hydrophobe Täler 10 mm Andrew R. Parker and Chris R. Lawrence

Foto: A. Regabi El Khyari Der Sandfisch-Effekt

Der Sandfisch der Sahara

GPS: Mein Sahara Labor Feld- arbeit in der Sahara N 31° - 15‘ – 02“ Erg Chebbi

Einfaches Granulat-Reibmessgerät für Feldversuche Granulatkanüle Reibwinkelskala Objektplattform Handstellhebel

Zur Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten

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

Gleitreibung: Sandfisch versus technische Materialien Teflon Nylon Glas Stahl Skink 2002 Gleitreibung: Sandfisch versus technische Materialien

Reibungsmessung mit einem sandgefüllten Zylinder

Sand-Zylinder- Messungen Stahl = 19° Reibungs-gleitwinkel: Sandskink = 12° Caudal Sandskink = 18° Cranial

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

Einfache Vorrichtung für die Abriebversuche Sandtrichter Sandstrahl Objektplattform

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

Sandfisch Schuppen Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 50

Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 500 Sandströmung Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 500

Rasterelektronenmikrokop – Vergrößerung: 5 000

Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 25 000

Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 50 000

Gratstrukturen in Schrägansicht

Rücken Bauch

Größenrelation Sandkorn auf Rippelhaut

Abrieb unter dem Mikroskop Sandtrichter Sandstrahl Test Oberfläche

Mit Tesafilm abgedeckt 3 h im Sandstrahl Abriebversuch Glas

Abriebfleck auf dem Glas 2 Stunden Sandstrahl

? Nano-Komposite Optimale Struktur eines zugbelasteten Nano-Komposits Struktur eines Nano-Komposits maximaler Oberflächenhärte Nano-Komposite

Modellvorstellung zum Sandfischeffekt Gleiten auf eingebetteten Kugeln Gleiten auf eingebetteten Zylindern Theorie auf Grundlage der HERTZschen Pressungsformeln Modellvorstellung zum Sandfischeffekt

Das Problem der Ladungs-Fortleitung Spitzen ?

Elektrische Entladung an einem Sandfischrücken

(Elaphe schrencki schrencki) Amurnatter (Elaphe schrencki schrencki) Schlangenrücken Schlangenbauch

Ende