Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schlangenhaut gegen den Verschleiß

16.07.2014

Quietschende Bremsen, ratternde Scheibenwischer, abgefahrene Reifen: Verschleiß technischer Bauteile macht uns nicht nur in unserem persönlichen Alltag zu schaffen.

Mit einer künstlichen Schlangenhaut von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) könnten wartungsbedingte Produktionsausfälle sowie teure und umweltschädliche Schmiermittel zukünftig Geschichte sein. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Kieler Forschenden vor kurzem in dem Fachjournal Beilstein Journal of Nanotechnology.


Millionen Jahre Evolution passten die Kalifornische Kettennatter perfekt an die Bewegung ohne Extremitäten an.

Foto/Copyright: Martina Baum

„Schlangen bewegen sich seit Millionen von Jahren ohne Extremitäten fort“, weiß Dr. Martina Baum. Die Forscherin der CAU mit einem Abschluss im seltenen Studiengang Technische Biologie, Universität Stuttgart, hat sich genau deshalb die Oberfläche von Schlangenhaut genauer angesehen.

Und nicht nur das: In ihrer Studie berichten Baum und ihre Kollegen Professor Stanislav N. Gorb und Lars Heepe aus der Arbeitsgruppe Funktionelle Morphologie und Biomechanik am Zoologischen Institut, wie sie die Eigenschaften von Bauchschuppen der Kalifornischen Kettennatter auf ein künstliches Material übertrugen. „Die Schlange ist in vielen verschiedenen Gegenden zuhause und bewegt sich auf unterschiedlichen Untergründen“, erklärt Baum ihre Wahl der Art. „Das macht sie sehr interessant für unsere Grundlagenforschung.“

Bei der durch Schlangen inspirierten mikrostrukturierten Polymeroberfläche, kurz SIMPS, und verschiedenen anderen ähnlichen Oberflächen analysierten die Forschenden deren Reibungs- und insbesondere deren „Stick-Slip-Verhalten“ (oder auch Ruckgleiten).

Dieses Phänomen tritt immer dann auf, wenn zwei Festkörper übereinander hinweg gleiten. Dabei entstehen Vibrationen: im großen Maßstab zum Beispiel bei Erdbeben, im mikroskopisch kleinen Maßstab eben bei quietschenden Bremsen. Neben unerwünschten Geräuschen sorgt es ebenfalls für einen erhöhten Materialverschleiß.

Sowohl ein Abdruck der echten Schlangenhaut als auch die SIMPS zeigten in den Untersuchungen ein reduziertes Ruckgleiten. „Wir konnten außerdem zeigen, dass es keinen einfachen Zusammenhang zwischen Reibungskoeffizient und Ruckgleiten gibt“, berichtet Martina Baum. Der Reibungskoeffizient spiegelt das Verhältnis von Reibungskraft und Anpresskraft zwischen zwei Körpern wider.

Das verminderte Auftreten des Ruckgleitens bei Schlangenhaut und SIMPS lasse darauf schließen, so die Forschenden, dass die Bauchschuppen von Schlangen nicht nur reibungsoptimiert, sondern auch abriebminimiert sind, um länger intakt zu bleiben. Technische Polymeroberflächen, die durch Reibung beansprucht werden, könnten von den Erkenntnissen profitieren und nach Vorbild der Schlangenhaut verbessert werden.

Martina Baum wechselte nach der Studie von der Zoologie in die Kieler Materialwissenschaften in die Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien. Dort ist ihre Kombination von biologischem und technischem Wissen sehr gefragt. Planungen, die Forschung in diesem Bereich, basierend auf den Erkenntnissen aus dem Schlangenhaut-Projekt fortzuführen, gibt es auch schon.

Diese Forschungsarbeit wurde im Rahmen des BIONA Förderprogramms (BMBF 01 RB 0812A) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung durchgeführt. Dieses Projekt war eine Kollaboration zwischen Forschern der Christian-Albrechts Universität zu Kiel, der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und dem Industriepartner Leonhard Kurz Group Stiftung & Co (Fürth, Germany).

Originalveröffentlichung:
Baum, J. M., Heepe, L. und Gorb, S. N., 2014, Friction behavior of a microstructured polymer surface inspired by snake skin, Beilstein Journal of Nanotechnology, 5, 83-97, doi: 10.3762/bjnano.5.8

Abbildungen stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-226-1.jpg
Bildunterschrift: Forscherin Martina Baum untersuchte die Haut der Kalifornischen Kettennatter und entwickelte mit ihren Erkenntnissen ein reibungsarmes Polymermaterial.
Foto/Copyright: Schimmelpfennig/CAU

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-226-2.jpg
Bildunterschrift: Millionen Jahre Evolution passten die Kalifornische Kettennatter perfekt an die Bewegung ohne Extremitäten an.
Foto/Copyright: Martina Baum

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-226-3.jpg
Bildunterschrift: Schlangenhaut (Exuvie) einer Kalifornischen Kettennatter
Foto/Copyright: Schimmelpfennig/CAU

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-226-4.jpg
Bildunterschrift: Vorbild für verbesserte technische Bauteile: die Kalifornische Kettennatter
Foto/Copyright: Tribological Letters

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2014/2014-226-5.jpg
Bildunterschrift: Von der Schlangenhaut zur Schlangen-inspirierten mikrostrukturierten Polymeroberfläche (SIMPS): a) Lampropeltis getula californiae, die Kalifornische Kettennatter; b) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Bauchschuppe von L. g. californiae; c) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der von Schlangen inspirierten mikrostrukturierten Polymeroberfläche – SIMPS. Maßstabsbalken: 10 μm. 3-dimensionale Aufnahmen d) der Schlangenhaut der Kalifornischen Kettennatter und e) SIMPS basierend auf Daten aus dem Rasterkraftmikroskop
Foto/Copyright: Martina Baum, Beilstein Journal of Nanotechnology

Kontakt:
Prof. Dr. Stanislav Gorb
Spezielle Zoologie
Zoologisches Institut
Tel.: 0431/880 -4513
E-Mail: sgorb@zoologie.uni-kiel.de

Dr. Martina J. Baum
Funktionale Nanomaterialien
Institut für Materialwissenschaft
Tel.: 0431/880-6149
E-Mail: marb@tf.uni-kiel.de

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Im Focus: Astronomen entdecken ungewöhnliche spindelförmige Galaxien

Galaxien als majestätische, rotierende Sternscheiben? Nicht bei den spindelförmigen Galaxien, die von Athanasia Tsatsi (Max-Planck-Institut für Astronomie) und ihren Kollegen untersucht wurden. Mit Hilfe der CALIFA-Umfrage fanden die Astronomen heraus, dass diese schlanken Galaxien, die sich um ihre Längsachse drehen, weitaus häufiger sind als bisher angenommen. Mit den neuen Daten konnten die Astronomen außerdem ein Modell dafür entwickeln, wie die spindelförmigen Galaxien aus einer speziellen Art von Verschmelzung zweier Spiralgalaxien entstehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Wenn die meisten Menschen an Galaxien denken, dürften sie an majestätische Spiralgalaxien wie die unserer Heimatgalaxie denken, der Milchstraße: Milliarden von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

bionection 2017 erstmals in Thüringen: Biotech-Spitzenforschung trifft in Jena auf Weltmarktführer

13.10.2017 | Veranstaltungen

Tagung „Energieeffiziente Abluftreinigung“ zeigt, wie man durch Luftreinhaltemaßnahmen profitieren kann

13.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle

16.10.2017 | Physik Astronomie

Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt

16.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Gewebe mit Hilfe von Stammzellen regenerieren

16.10.2017 | Förderungen Preise