Transcript Lotus-Modul PowerPoint-Präsentation

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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