Snc lotus modul

Datum:

Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft

Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen

Tel. +41 (0) 71 274 72 66, [email protected]

www.swissnanocube.ch

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für

Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere

Fachschulen

Der Lotus-Effekt®

1. April 2011

© 2011 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen

Selbstreinigende Oberflächen: Der Natur abgeschaut

2

Quelle: Swiss Nano-Cube

Nanostrukturierte Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften

Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Versuchsanleitung Lotuseffekt zu finden.


Inhalt

3

Einführung

Theoretische Grundlagen

Intermolekulare Bindungen

Oberflächenspannung

Hydrophobie und hydrophober Effekt

Das Lotusblatt (I): Oberflächenstruktur

Das Lotusblatt (II): Kontaktwinkel

Der Künstliche Lotus-Effekt®

Lernziele


Einführung

4

Video: Lotusan: Technische Verwendung des Lotuseffekt

www.sto.de

Video Lotusan



5

Intermolekulare Bindungen

Bindungen zwischen Molekülen (nicht kovalent!).

Verantwortlich für die Ordnung in Feststoffen und Flüssigkeiten.

In Gasen existieren keine intermolekularen Bindungen.

Unterteilung nach Bindungsstärke:

Inoenbindungen (stark).

Van der Waals Bindungen (schwach).

Weitere Unterteilung der Van der Waals Bindungen:

Dipol-Dipol Bindungen (stärker, z.B. bei Wassermolekülen).

Londonsche Dispersionskräfte (schwächer, z.B. Ölen).



6

Oberflächenspannung




7

Hydrophobie und hydrophober Effekt

Hydrophob: Griechisch für wasserabweisend.

In der Chemie: Hydrophob steht für schwach Wasser bindend (z.B. Öle, Fette, Wachse).

Hydrophober Effekt:

Entsteht, wenn sich hydrophobe Moleküle in Wasser befinden.

Dipol-Dipol Bindungen zwischen Wassermolekülen sind gegenüber den schwachen Londonschen Dispersionskräften bevorzugt.

Wassermoleküle versuchen, möglichst viele Dipol-Dipol Bindungen untereinander einzugehen.

Verringerung der Bindungsoberfläche zu den hydrophoben Molekülen, mit denen die Wassermoleküle nur schwache Bindungen eingehen können.

Bildung von „Öltropfen“ im Wasser.



8

Das Lotusblatt (I): Oberflächenstruktur


Superhydrophob: Hydrophobie + Geringe Kontaktfläche

Sehr geringe Haftung an der Oberfläche



9

Das Lotusblatt (II): Kontaktwinkel




10

Der Künstliche Lotus-Effekt® (I)

Der Lotus-Effekt® bezeichnet die selbstreinigende Eigenschaft einer Oberfläche.

Selbstreinigend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Oberfläche durch Wasser ohne den Einsatz weiterer Substanzen gereinigt werden kann.

Der Effekt ist nicht auf die Lotuspflanze beschränkt und kann auch künstlich erzeugt werden.

Dabei werden die zu behandelnden Oberflächen künstlich rau gemacht, so dass ihre äusserste Schicht, ähnlich wie die Blätter der Lotuspflanze, eine im Nanometerbereich „hüglige“ Struktur aufweist.



11

Der Künstliche Lotus-Effekt® (II)

Ein Verfahren zur künstlichen Herstellung superhydrophober Oberfläche ist das Sol-Gel-Verfahren.

Ausgangsmaterial: Siliziumdioxid-Nanopartikel mit hydrophoben Seitenketten in stabiler Dispersion.

Durch allmählichen Entzug des Dispersionsmittels bildet sich ein Gel, welches auf Oberflächen aufgetragen werden kann.

Nachdem der Rest des Lösungsmittels verdunstet ist, bleibt eine raue, hydrophobe Oberflächenbeschichtung zurück



Lernziele

Den Hydrophoben Effekt verstehen und erklären können, warum hydrophob nicht gleich wasserabweisend ist.

Verstehen, was die besonderen Eigenschaften der Lotuspflanze sind.

Das Sol-Gel-Verfahren beschreiben können. Erklären können, was superhydrophob bedeutet.

12

Sports

Snc lotus modul