Pate Natur

Susanne Wierse

Die Fähigkeit, Schmutz abzuweisen, ließ den Lotos in weiten Teilen Asiens zum Sinnbild für Reinheit, Treue, Schöpferkraft und Erleuchtung werden. So findet sich das Symbol sowohl im Hinduismus als auch im Buddhismus. Die Erleuchteten – Buddhas – werden auf einer geöffneten Lotosblüte oder einem Lotosthron dargestellt. Als Lotus-Effekt, wird die geringe Benetzbarkeit einer Oberfläche bezeichnet, die bei der Lotospflanze, aber auch anderen Pflanzen wie dem Frauenmantel oder auf Weißkohlblättern beobachtet werden kann. Das Wasser perlt in Tropfen ab und nimmt dabei Schmutzpartikel von der Oberfläche mit.

Diese Beobachtung erweckte in den 1970er-Jahren die Neugier von Wilhelm Barthlott. Den jungen Botaniker faszinierte die neu aufgekommene Rasterelektronenmikroskopie, die plastische Bilder bis in den Nanometerbereich lieferte. Er setzt die neue Technologie zur Erforschung pflanzlicher Oberflächen ein. Dabei kam er der besonderen Oberfläche des Lotos auf die Spur.

Wassertropfen haben aufgrund ihrer hohen Oberflächenspannung die Tendenz, ihre Oberfläche so gering wie möglich auszubilden und versuchen daher, eine Kugelform zu erreichen. Bei Kontakt mit einer anderen Oberfläche wirken normalerweise die Anhaftungskräfte an die Oberfläche und der Wassertropfen verteilt sich. Bei hydrophoben – wasserabweisenden – Oberflächen wird Wasser abgestoßen. Die sich bildenden Tropfen sind dadurch schmal und hoch, damit sie möglichst wenig Kontakt mit der Oberfläche haben. Normalerweise liegt der Winkel eines Tropfens von der benetzten Oberfläche aus gesehen bei einer hydrophoben Oberfläche bei ca. 90 Grad. Auf dem Lotosblatt liegt der Kontaktwinkel dagegen bei 150 Grad. Das Wasser bildet fast kugelförmige Tropfen, die wie Bälle abrollen. Woran liegt das?

Hier kommt jetzt die besondere Oberflächenstruktur des Lotosblattes ins Spiel. Anders wie man vielleicht vermuten würde, ist der Grund keine besonders glatte Oberfläche, sondern eine hochkomplexe, dreidimensionale Struktur. Sie verringert die Kontaktfläche zwischen Oberfläche und den auf ihr liegenden Partikeln sowie Wassertropfen und verringert damit die Anziehungskräfte so stark, dass es zum Selbstreinigungseffekt kommt. Zusätzlich lagert ein von der Lotospflanze gebildetes Wachs auf etwa 10 bis 20 Mikrometer hohen und 10 bis 15 Mikrometer voneinander entfernten Erhebungen.

Das Wasser hat damit nicht mehr die Möglichkeit, in die Zwischenräume der Blattoberfläche zu gelangen, was zur Folge hat, dass sich die Kontaktfläche zwischen Wasser und Oberfläche drastisch verringert.

Die Anziehungskraft zwischen Blattoberfläche und Wassertropfen ist dabei so gering, dass das Wasser leicht abperlen kann. Aufliegende Schmutzpartikel werden nur auf kleinen Spitzen festgehalten und lassen sich deshalb von einem abrollenden Wassertropfen leicht mitnehmen. Sogar hydrophobe (wasserabweisende) Schmutzpartikel werden von der Pflanzenoberfläche abgewaschen, weil deren Anhaftung an der Pflanzenoberfläche geringer ist als am Wassertropfen. Wilhelm Barthlott hatte die superhydrophobe Oberfläche entdeckt.

Ein Objekt so zu beschichten, dass es superhydrophob wird, war allerdings nicht leicht. Es dauerte bis in die 1990er-Jahre, bis die Übertragung des Prinzips in die Technik gelang. Wilhelm Barthlott kreierte in Eigenproduktion einen Löffel, von dessen genoppter Silikonoberfläche Honig ohne Rückstände abtropfte. Dieses Produkt überzeugte schließlich einige große Chemiefirmen von der technischen Umsetzbarkeit der Idee.

Seit Ende der 1990er-Jahre haben vor allem Physiker und Materialwissenschaftler das Phänomen intensiv untersucht und es existieren inzwischen eine sehr umfangreiche Literatur und Dutzende von abhängigen Patenten.

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