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Projekt
Hierarchical anti-adhesive materials by mimicking insect traps
Antragsteller
Professor Dr. Stanislav N. Gorb; Professor Dr. Martin Steinhart
Fachliche Zuordnung
Materialwissenschaft
Förderung
Förderung von 2009 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 128306512
Ziel ist die Aufklärung von Struktur/Eigenschaftsbeziehungen hierarchisch organisierter antiadhäsiver Gleitzonen der Kannen (Fangorgane) insektenfressender Pflanzen und das Design bioinspirierter Prototypen. Die Struktur aller drei hierarchischen Ebenen (1: mondsichelförmige Zellen; 2: untere Wachsschicht; 3: obere Wachsschicht) der Fangorgane der Modellpflanze Nepenthes alata wurde charakterisiert, konsekutive Entwicklungsstadien der Wachsschichten wurden aufgeklärt, und das Fehlen von Regenerationsfähigkeit in der unteren Wachsschicht wurde gezeigt. Adhäsionseigenschaften des vollständigen hierarchischen Systems wurden global über das Haftungsvermögen von Insekten untersucht und spezifische anisotrope Eigenschaften der biologischen Ebene 1 gezeigt. Neben der lokalen physikalisch-chemischen und mechanischen Charakterisierung der Ebenen 2 und 3 entwickelten wir eine Technik für Adhäsionsmessungen an Oberflächen mit geringem Adhäsionsvermögen. Die biologische Hierarchieebene 1 wurde mit mechanisch stabilen Polymermikrokugelarrays nachgeahmt. Auch ohne die Anisotropie des biologischen Modells war deren Adhäsion eine Größenordnung kleiner als die flacher Kontrollproben. Sowohl biologische als auch bioinspirierte Ebenen 2 alleine führen zu keiner Adhäsionsverringerung. Im biologischen Modell verringert sich Adhäsion nur, wenn Ebene 2 mit Ebene 3 kombiniert ist. Wir planen daher, Nanostäbe als bioinspirierte Ebene 3 in künstliche Antiadhäsionssysteme zu integrieren, die zur zuverlässigen einmaligen Trennung von Oberflächen auch in Gegenwart von Eis dienen könnten.Wir planen, die Absorptionsfähigkeit verschiedener Wachsschichten in N. alata-Fangorganen und den Einfluss der Größe der Wachskristalle auf lokales und globales Adhäsionsvermögen zu untersuchen. Mikrostruktur und Benetzungseigenschaften verschiedener funktionaler Kannen-Oberflächen in Pflanzen anderer insektenfressender Gattungen sollen charakterisiert werden. Um die Rolle von Flüssigkeit an Kontaktflächen bioinspirierter Antiadhäsionssysteme zu evaluieren, sollen einzelne hierarchische Ebenen und verschiedene Kombinationen derselben, die jeweils kontinuierliche Porensysteme enthalten, durch quellungsinduzierte Morphologierekonstruktion von Blockcopolymeren hergestellt werden.Bioinspirierte Proben sollen mit Weißlichtinterferometrie, Kontaktwinkelmessungen, Licht-, Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopie charakterisiert werden. Messungen der Abzugskraft sollen unter trockenen Bedingungen und in Gegenwart von Wasser an der Kontaktfläche durchgeführt werden. Wir werden den Einfluss (1) der Ebene 3, (2) des Zusammenspiels der Ebene 3 mit den anderen hierarchischen Ebenen, (3) von Flüssigkeit an der Kontaktfläche und (4) der Polarität/Hydrophilie der Oberflächen für bioinspirierte Antiadhäsionssysteme unter trockenen und feuchten Bedingungen systematisch untersuchen. Poröse und entsprechende nichtporöse bioinspirierte Antiadhäsionssysteme sollen verglichen werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
