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Der Lotuseffekt immer noch die Faszination im 21 Jahrhundert

Der Lotuseffekt fasziniert nicht nur Wissenschaftler, sondern auch jeden Menschen, der ihn schon einmal auf einer Oberfläche oder Pflanze beobachtet hat. Wassertropfen perlen einfach ab, nehmen auf ihren Weg Schmutzpartikel oder sogar Farbstoffe mit, ohne das danach noch eine Spur davon auf der Fläche zu sehen ist. Hier findet sich einiges Wissenswertes zum Lotuseffekt, wie er schon heute genutzt wird und in Zukunft genutzt werden soll.

Was ist der Lotuseffekt?

Als Lotuseffekt wird die Eigenschaft einer Oberfläche bezeichnet, so glatt zu erscheinen, dass an ihr Wassertropfen abperlen. Dieser Effekt wird auch Nanoeffekt genannt. Der Wassertropfen kann auf seinem Weg Schmutzpartikel aufnehmen und entfernt sie damit von der Fläche. Verantwortlich für den Lotuseffekt ist eine spezielle Struktur der Oberfläche, welche nur mit dem Mikroskop sichtbar ist.

Mit bloßem Auge sehen Flächen mit Nanoeffekt glatt aus, doch tatsächlich haben sie eine raue, noppenartige Struktur. Oberflächen mit Lotuseffekt erscheinen glatt, wasserabweisend, schmutzabweisend und selbstreinigend.

Nicht zum Nano-Effekt gehören „easy-to-clean“-Produkte. Diese haben ein anderes Wirkprinzip. Ihre Oberflächen sind tatsächlich glatt, so glatt, dass kein Schmutz und kein Wasser haften bleiben können. Das Prinzip wird zum Beispiel bei Sanitäranlagen angewendet.

Wie entsteht der Lotuseffekt?

Grundsätzlich haben Wassertropfen eine hohe Oberflächenspannung. Sie versuchen, die Oberfläche zu minimieren und eine Kugelform zu erreichen. Treffen sie auf eine andere Fläche wirken Anhaftungskräfte welche zu einem Benetzen der Fläche führen, der Wassertropfen wird auf der Oberfläche verteilt.

Bei Oberflächen mit Nano-Effekt geschieht dies nicht. Die Ursache liegt darin, dass Flächen mit Nano-Technologie eine Doppelstruktur aufweisen, die wasserabweisend wirkt.

Dadurch wird die Kontaktfläche mit den auf die Oberfläche treffenden Partikeln und Wassertropfen minimiert. Die Doppelstruktur besteht bei Pflanzen aus einer charakteristisch geformten äußeren Schicht und speziellen Wachsen, die immer wieder neu gebildet werden.

Unter dem Mikroskop wird sichtbar, das die äußerlich glatt erscheinende Oberfläche, eine Vielzahl von nur tausendstel Millimeter großen warzenförmigen Erhebungen besitzt, so genannte Papillen. Auf diesen wird zusätzlich das Wachs gebildet. Durch die noppenartige Oberfläche wird die Kontaktfläche mit Wasser und Schmutz so gering wie möglich gehalten.

Ist die Oberfläche zudem schräg, perlt das Wasser einfach ab. Pflanzen entledigen sich damit nicht nur Wasser und Schmutz, auch Pilze, Bakterien und Algen verlieren ihre Lebensgrundlage, da sie zum einen schlecht haften und zum anderen ein feuchtes Milieu bevorzugen, welches Pflanzen mit dem Lotuseffekt verhindern.

Die Lotusblume

Lotusblüten die Pflanzen mit dem Lotuseffekt
Quangpraha @ pixabay

Sie steht stellvertretend für eine Vielzahl an Pflanzen, die den Nanoeffekt vorweisen können. Doch an der Lotuspflanze wurde er ursprünglich erforscht. Der Abperl-Effekt der Pflanze ist schon seit über 2000 Jahren in Asien bekannt. Lotus steht im Buddhismus für Reinheit. Buddhas werden häufig sitzend auf einer Lotuspflanze oder in der geöffneten Lotusblüte dargestellt.

In Asien ist sie außerdem das Symbol für Treue, Schöpferkraft und Erleuchtung. Die Lotusblume wird auch in der Kunst und Architektur verwendet.

Die Pflanze gehört zur Familie der Lotusgewächse und ist vor allem in Asien, Amerika und im nördlichen Australien beheimatet. Die Lotusblume wird als Zierpflanze genutzt und liefert den Einheimischen Nahrung.

Die Lotusblume ist eine ausdauernde, das heißt, mehrjährige, krautige Pflanze, welche im Wasser wächst.

Statt Wurzeln bildet sie eine Knolle, ein sogenanntes Rhizom. Die Blätter der Pflanze weisen unterschiedliche Formen auf. Die Blüte ähnelt der einer Seerose, Käfer bestäuben die Pflanzen. Wurzeln, Früchte, Samen und Stängel der Lotusblume können gegessen werden. Es wird angenommen, dass einige isolierte Vorkommen im nördlichen Amerika darauf zurückzuführen sind, das Indianer den Lotus früher anbauten.

Die großen Blätter der Pflanzen werden als Verpackung für Nahrung genutzt. Aus Teilen der Pflanzen können Heilmittel hergestellt werden. Die Samenkerne werden für Gebetsketten verwendet und aus den Fasern des Stängels kann Lotus-Seide gesponnen werden.

Der Lotuseffekt wurde an dieser Pflanze erforscht, weil sie in schlammigen Gewässern beheimatet ist. Trotz der Umgebung wächst die Pflanze völlig sauber und rein aus ihrem schlammigen Untergrund.

Wer entdeckte den Lotus-Effekt?

Der Effekt selbst ist in Asien schon sehr lange bekannt. Erforscht wurde er jedoch erst seit den 1970er Jahren. Als erstes Forschungsobjekt zum Thema Nanoeffekt wurde die Kapuzinerkresse verwendet. Die grundlegende Technologie wurde jedoch an der Lotusblume erforscht und entschlüsselt. Dies geschah mithilfe des Rasterelektronenmikroskops.

Die spezielle Oberflächenstruktur der Lotusblume wurde von Wilhelm Barthlott entdeckt und der Lotuseffekt von ihm patentiert. Er schrieb zahlreiche Arbeiten über das Wirkprinzip des wasserabweisenden Effekts. Doch erst in den 1990er Jahren gelang eine erste technologische Umsetzung. Seitdem wird unermüdlich daran geforscht, den Nano Effekt für den Menschen nutzbar zu machen.

Anwendungen im Alltag

Die Verwendung im Alltag fällig häufig gar nicht bewusst auf. Es gibt inzwischen viele Gebäude, welche mit der Nano-Technologie ausgestattet sind.

So sind Dachpfannen und Fassadenfarben mit Lotuseffekt erhältlich. Die Gebäude reinigen sich also mit jedem Regen selbst. Das Wasser spült vorhanden Schmutz einfach vom Gebäude.

Eine andere Firma entwickelt selbstreinigende Gläser für Kameras. Damit ist das mühsame Reinigen des Objektives nicht mehr notwendig.

Auch Kunststoffe und verschiedene Sprays zur Oberflächenbehandlung werden mit dem Nanoeffekt ausgestattet. Mit entsprechenden Sprays können unterschiedliche Flächen versiegelt und mit dem Nano Effekt ausgestattet werden.

Forschungen an Kleidung und mit Stoffen haben das Ziel, das Flecken direkt abperlen und sich nicht mehr in den Fasern festsetzen können. Besonders bei schwer zu reinigenden Stoffen wie Markisen, Segeln oder Planen hat der Lotuseffekt Vorteile.

Ein der neuesten Entwicklungen beschäftigt sich mit Shampooflaschen und anderen flüssigen Reinigungsmitteln. Die enthaltenen Tenside sorgen dafür, dass sich immer eine Restmenge in den Flaschen befindet, welche nicht genutzt werden kann und das Recycling der Verpackungen erschwert.

Wissenschaftler forschen nun an unterschiedlichen Möglichkeiten, die innere Oberfläche der Flaschen so zu behandeln, dass sie eine Struktur mit Nano Effekt erhalten.

Damit können sich Shampoos oder andere flüssige Reinigungsmittel nicht mehr in der Flasche anhaften. Sie werden restlos entleert und lassen sich leichter recyceln.

Anwendungen im Kfz-Bereich

Geforscht wird an Autolacken mit Nanoeffekt. Diese machen ein Waschen des Wagens überflüssig. Außerdem gibt es spezielle Sprays zur Behandlung der Autoscheiben. Sie werden damit versiegelt und sorgen dafür, dass während des Fahrens die Regentropfen an der Frontscheibe abperlen. Dabei nehmen sie auch eventuellen Schmutz auf der Scheibe mit. In Zukunft sollen sie den Scheibenwischer ersetzen. Manche Hersteller von Fahrzeugen im Premiumsegment haben auch schon mit Modellen experimentiert, deren Scheiben mit Nano-Versiegelung hergestellt wurden.

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