Die Selbstreinigungskraft des Lotus

Vor kurzem haben Wissenschaftler entdeckt, wie die Pflanze sich selbst sauber und trocken hält; hierbei könnten sie möglicherweise den Schlüssel zur Herstellung selbstreinigender und äußerst glatter Materialien gefunden haben.

Laut der Studie, die in den Physical Review Letters von Chuan-Hua Chen, einem an der Duke-Universität beschäftigten Assistenten der Materialwissenschaften und von Jonathan B. Boreyko, einem Studenten im Aufbaustudium, veröffentlicht wurde, liegt das Geheimnis in den subtilen Vibrationen der Natur und in der einzigartigen Oberflächenbeschaffenheit des Lotus.

„Wir hatten es mit kniffligen Problemen zu tun – Wassertropfen, die auf das Blatt fallen, rollen leicht herunter, während Kondensat, das aus den Winkeln und Ritzen der Blätter austritt, klebrig ist und haften bleibt“, sagte Boreyko in einem Pressebericht.

Die Forscher zeichneten ein Video von einem Lotusblatt auf, das auf einem einfachen Lautsprecher befestigt war, der tiefe Frequenzen ausstrahlte. Das Blatt war abgekühlt worden, damit sich Tropfen auf der Oberfläche bilden konnten. Sobald der Lautsprecher für den Bruchteil einer Sekunde bei etwa 100 Hertz vibrierte, kullerten die sonst klebrigen Wassertropfen vom Blatt.

Die Wissenschaftler erklärten, dass die Oberflächenstruktur des Blattes wasserabweisend ist. Sie ist bedeckt mit kleinen unregelmäßigen Erhebungen, die mit noch kleineren Härchen versehen sind. Ein Wassertropfen, der auf solch einer Oberfläche landet, ruht nur auf den Enden der kleinen Haare. Die Haare können die feste Haut, die die Oberfläche eines Wassertropfens bildet, nicht durchstoßen. So kommen die Oberflächen des „klebrigen“ Tropfens und des Blattes nicht in Kontakt: der Wassertropfen liegt auf Lufttaschen und rollt schließlich vom Blatt.

„Das ist die Lösung für ein langwährendes Rätsel auf diesem Gebiet“, sagte Chen. „Menschen haben beobachtet, dass sich jede Nacht Kondenstropfen auf den Blättern des Lotus bildeten. Wenn sie aber am Morgen wieder nachschauten, war das Wasser weg und das Blatt trocken. Mit dem Lautsprecher konnten wir im Labor nachstellen, was jeden Tag in der Natur geschieht; draußen ist alles voller feiner Schwingungen und Vibrationen. Diese nimmt der Lotus mit seinen langen Blättern an den schlanken Stielen besonders gut auf.“

Chen schlug als eine mögliche Anwendung dieser Erkenntnisse vor, das Innere von Dampfrohren zu beschichten, die in Heizkraftwerken benutzt werden. Durch wasserabweisende Eigenschaften gäbe es weniger Reibung in den Rohren, der Durchfluss könnte erhöht und dadurch Energie gespart werden.

„Wir haben die Physik der Anti-Tau-Superhydrophobie aufgedeckt, eine Eigenschaft des Lebens, die wasserabweisenden Materialien den Weg in die reale Welt bahnen wird“, sagte Chen. „Diese Materialien werden in einer feuchten oder kalten Umgebung Anwendung finden, in der Kondensation natürlicherweise stattfindet. Unsere Ergebnisse zeigen eine neue Richtung für die Entwicklung wasserabweisender Materialien, die unter schwierigen Umweltbedingungen eingesetzt werden können; sie werden Auswirkungen auf eine Vielzahl ingenieur-technischer Anwendungen haben, eingeschlossen reibungsarme Textilien, selbstreinigende Optik und glatte Rümpfe an Schiffen.“

Chens Untersuchungen werden unterstützt durch Forschungs-Zuschüsse der Pratt-Ingenieurhochschule an der Duke-Universität.

Originalartikel auf Englisch: Secret Behind Lotus’s Self-Cleaning