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PowerPoint-Folien zur 9. Vorlesung „Bionik I“

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Präsentation zum Thema: "PowerPoint-Folien zur 9. Vorlesung „Bionik I“"—  Präsentation transkript:

1 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

2 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

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

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

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

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

7 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

8 Der Lotus-Effekt in Aktion

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

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

11 Der Mottenaugen-Effekt

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

13 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 <

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

15 Unsichtbare Qualle

16 Geprägte Nanostruktur mit 200 nm Noppenabstand
Eine Mottenaugen-Glasscheibe

17 Der Mottenaugeneffekt

18 Wunder Gecko-Fuß

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

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

21 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

22 Synthetische Geckohaare für Spiderman (New Scientist )

23 Nebelfänger in der Wüste

24 Nebel-Ernten in der Namib-Wüste

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

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

27 Der Sandfisch der Sahara

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

29 Einfaches Granulat-Reibmessgerät für Feldversuche
Granulatkanüle Reibwinkelskala Objektplattform Handstellhebel

30 Zur Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten

31 20° Sandskink Messung des Sand-Gleitwinkels Sand fließt 18°
Sand stoppt Sandskink Messung des Sand-Gleitwinkels

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

33 Reibungsmessung mit einem sandgefüllten Zylinder

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

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

36 Einfache Vorrichtung für die Abriebversuche
Sandtrichter Sandstrahl Objektplattform

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

38 Sandfisch Schuppen Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 50

39 Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 500
Sandströmung Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 500

40 Rasterelektronenmikrokop – Vergrößerung: 5 000

41 Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 25 000

42 Rasterelektronenmikroskop – Vergrößerung: 50 000

43 Gratstrukturen in Schrägansicht

44 Rücken Bauch

45 Größenrelation Sandkorn auf Rippelhaut

46 Abrieb unter dem Mikroskop
Sandtrichter Sandstrahl Test Oberfläche

47 Mit Tesafilm abgedeckt
3 h im Sandstrahl Abriebversuch Glas

48 Abriebfleck auf dem Glas
2 Stunden Sandstrahl

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

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

51 Das Problem der Ladungs-Fortleitung
Spitzen ?

52 Elektrische Entladung an einem Sandfischrücken

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

54 Ende


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