Lotus-Modul PowerPoint-Präsentation
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Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen
Der Lotus-Effekt®
Datum:
3. September 2014
Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen
Tel. +41 (0) 71 278 02 04, [email protected]
www.swissnanocube.ch
Selbstreinigende Oberflächen: Der Natur abgeschaut
Quelle: Swiss Nano-Cube
Nanostrukturierte Oberflächen mit selbstreinigenden Eigenschaften
Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Versuchsanleitung Lotuseffekt zu finden.
© 2014 - Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen
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Inhalt
Einführung
Theoretische Grundlagen
Intermolekulare Bindungen
Oberflächenspannung
Hydrophobie und hydrophober Effekt
Das Lotusblatt (I): Oberflächenstruktur
Das Lotusblatt (II): Kontaktwinkel
Der Künstliche Lotus-Effekt®
Lernziele
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Einführung
Video: Lotusan: Technische Verwendung des Lotuseffekt
Video Lotusan
www.sto.de
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Theoretische Grundlagen
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).
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Theoretische Grundlagen
Oberflächenspannung
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
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.
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Theoretische Grundlagen
Das Lotusblatt (I): Oberflächenstruktur
Quelle: Swiss Nano-Cube
Superhydrophob: Hydrophobie + Geringe Kontaktfläche
Sehr geringe Haftung an der Oberfläche
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Theoretische Grundlagen
Das Lotusblatt (II): Kontaktwinkel
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
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.
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Theoretische Grundlagen
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
Quelle: Swiss Nano-Cube
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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.
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