Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Haften auf rauen Oberflächen

22.08.2011
Die kleinen gelben Haftnotiz-Zettel sind gängige Begleiter im Büroalltag; sie kleben besonders gut auf glatten Oberflächen wie Fenstern, Spiegeln oder Bildschirmen.

Geckos, Insekten und Spinnen können es noch besser: sie kleben und laufen an Wänden und Decken. Härchen an ihren Füßen lassen die Tiere nicht nur auf Glas und glatten Flächen kopfüber „kleben“. Weil die Härchen sich immer feiner verzweigen, gehen Geckos auch auf Raufaser die Wand hoch. Am INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien bilden die Wissenschaftler nun solche „hierarchischen“ Strukturen künstlich nach. Sie wollen damit das Haften speziell auf rauen Oberflächen weiter untersuchen.


Die verzweigten Härchen des Geckos sind Vorbild für hierarchische Mikrostrukturen. Foto frei nur in Zusammenhang mit dieser Meldung; Quelle: Bellhäuser

Im Wesentlichen ist das Haftprinzip erkannt. Es beruht darauf, dass viele dünne Härchen besser haften als ein dickes Haar. Jedoch spielt der Untergrund eine entscheidende Rolle: Bei seinen Streifzügen braucht der Gecko mal die gröberen und mal die feineren Härchen, um gut zu haften und sich auch schnell wieder abzulösen. „Stellen Sie sich einen Besen vor, bei dem sich die Borsten immer feiner und dünner nach unten verzweigen“ erklärt Tobias Kraus, Leiter der Juniorforschungsgruppe „Strukturbildung auf kleinen Skalen“. „Große Steine kehren Sie mit den groben Borsten weg. Um feinen Staub oder Sand zu entfernen, kehren sie mit weniger Druck, damit die feinen Borsten den Staub erwischen“ so Kraus weiter.

Ähnlich ist es auch beim Gecko: Für feine Unebenheiten nutzt er feine Härchen, bei groben Unebenheiten helfen ihm die groben Härchen darunter.

Die Forscher werden die Strukturen dazu mit extra entwickelten Messmethoden auf ihre Klebkraft prüfen. Um zu verstehen, warum hierarchische Strukturen besser haften, nutzen sie auch computergestützte Modelle. „Wir wollen in diesem Projekt herausfinden, wie man hierarchische Strukturen am besten herstellen kann und austesten, was diese Strukturen können – damit verstehen wir, warum Haftung auf rauen Oberflächen überhaupt möglich ist“, erklärt Eduart Arzt, wissenschaftlicher Geschäftsführer des INM und Leiter des Programmbereichs „Funktionelle Oberflächen“.

„Beim heutigen Stand der Technik ist es kein Problem mehr, Strukturen mit nur einer „Borstengröße“ herzustellen“ sagt Arzt. Dazu verwenden die Wissenschaftler ein Abguss-Verfahren. Ein flüssiger Kunststoff wird in die Negativ-Form der „Borsten“ eingefüllt und wird hart. Der fertige Abguss wird dann aus der Form herausgelöst. Das Ergebnis ist eine Oberfläche auf der gleichgroße „Borsten“ regelmäßig angeordnet sind. Dabei ist jede Borste ungefähr so groß wie zehn Grippe-Viren.

Auch die Verzweigungen in noch feinere Borsten wollen die Forscher mit diesem Verfahren herstellen. „Die Herausforderung besteht darin, diese feinsten Verzweigungen in der Negativform gleichmäßig eng hinzubekommen“ sagt der Chemie-Ingenieur Kraus. Deshalb nutzen die Wissenschaftler Nanopartikel verschiedener Größen und ätzen damit die Kanäle, die später zu Borsten werden. Nachdem größere Partikel große Kanäle geätzt haben, werden in diese Kanäle kleinere Nanopartikel eingebracht, die dann die nächste Stufe in die großen hineinätzen. Dabei sind die kleinsten Nanopartikel im Vergleich zu einem Fußball so groß, wie ein Fußball im Vergleich zur Erde. Beginnend mit der dicksten Borste erhalten die Forscher so Schicht um Schicht immer feinere Verzweigungen.

Hintergrund:
Das Projekt „Adhesion mechanisms in micropatterned dry adhesives with hierarchical structure“ ist eines von 14 Projekten, das die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) in ihrem Schwerpunktprogramm "Biomimetic Materials Research: Functionality by Hierarchical Structuring of Materials" (SPP 1420) fördert. In diesem Programm arbeiten führende Gruppen aus Deuschland daran, die besonderen Eigenschaften von natürlichen Materialien zu verstehen und nachzuahmen, die durch hierarchische Strukturen entstehen.

Neben elf Mitarbeitern des INM sind weitere hochkarätige internationale Wissenschaftler aus den USA sowie ein Humboldt-Stipendiat aus Indien beteiligt. Die DFG fördert das Projekt mit einem Volumen von rund 250.000 Euro auf zwei Jahre. Es startete Anfang August 2011.

Ansprechpartner:

Dr. Tobias Kraus
INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH
Tel: (+49) 681 930 389
Tobias.kraus@inm-gmbh.de
Prof. Dr. Eduard Arzt
INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH
Tel.: (+49) 681 9300 500
Eduard.arzt@inm-gmbh.de
Das INM erforscht und entwickelt Materialien – für heute, morgen und übermorgen. Chemiker, Physiker, Biologen, Material- und Ingenieurwissenschaftler prägen die Arbeit am INM. Vom Molekül bis zur Pilotfertigung folgen sie den wiederkehrenden Fragen: Welche Materialeigenschaften sind neu, wie untersucht man sie und wie kann man sie zukünftig nutzen?

Das INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH mit Sitz in Saarbrücken ist ein international sichtbares Zentrum für Materialforschung. Es kooperiert wissenschaftlich mit nationalen und internationalen Instituten und entwickelt für Unternehmen in aller Welt. Das INM ist ein Institut der Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz e.V. und beschäftigt rund 190 Mitarbeiter. Seine Forschung gliedert sich in die drei Felder Chemische Nanotechnologie, Grenzflächenmaterialien und Materialien in der Biologie.

Dr. Carola Jung | idw
Weitere Informationen:
http://www.inm-gmbh.de/

Weitere Berichte zu: Borsten DFG Gecko Härchen Nanopartikel Unebenheit Verzweigungen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Sparsamer abheben dank Leichtbau-Luftdüsen
23.10.2017 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Stickoxide: Neuartiger Katalysator soll Abgase ohne Zusätze reinigen
23.10.2017 | Forschungszentrum Jülich GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie