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WAS IST DER LOTUSEFFEKT?

Den Lotuseffekt gibt es nicht nur bei der Lotuspflanze.

Er heißt aber Lotuseffekt, weil er an der Lotuspflanze das erste mal entdeckt wurde.
Entdecker war der deutsche Botaniker Wilhelm Barthlott. Er betrachtete in den 70er Jahren ein Lotusblatt erstmals unter einem Elektronenemikroskop und entdeckte dort eine besondere Struktur auf der Blattoberfläche. Später wurde diese besondere Struktur noch an vielen weiteren Pflanzen entdeckt, z.B. dem bekannten Rotkohl. Der Name des besonderen Abperleffektes aber blieb “Lotuseffekt”.

Inhaltsverzeichnis

Wissenswertes

Mikro- und Nanostruktur

Die Lotusblätter haben eine besondere mikro- und nanoskopische Struktur, die es ihnen ermöglicht, Wassertropfen abzuweisen. Die Oberfläche ist mit winzigen Wachshäärchen, sogenannten Trichomen, bedeckt. Diese Härchen schaffen eine raue Oberfläche, auf der Wassertropfen nur sehr schwer haften können.

Wie wird der Lotuseffekt technologisch genutzt?

Der Lotuseffekt bezieht sich auf die faszinierende Fähigkeit von Lotusblättern, Wassertropfen abzuweisen und dabei Schmutzpartikel mit sich zu nehmen. Dieses Phänomen wurde erstmals in den 1970er Jahren intensiv erforscht und hat seither großes Interesse in verschiedenen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen geweckt.

Selbstreinigungs-Effekt

Der Lotuseffekt hat auch eine selbstreinigende Wirkung. Wenn Wasser auf die Lotusblätter fällt, rollt es über die Oberfläche und nimmt dabei Schmutzpartikel mit sich. Diese Reinigungseffekte sind aufgrund der speziellen Struktur der Blätter möglich.

Inspiration für Technologien

Der Lotuseffekt hat Forscher und Ingenieure dazu inspiriert, ähnliche Eigenschaften in verschiedenen Produkten und Technologien nachzuahmen. Dies führte zur Entwicklung von selbstreinigenden Oberflächen, wasserabweisenden Beschichtungen und anderen Anwendungen in Bereichen wie Textilien, Farben, Glas und sogar medizinischen Geräten.

Technologische Anwendung

Die Inspiration aus dem Lotuseffekt wurde in Produkten wie selbstreinigenden Fenstern, wasserabweisenden Textilien und beschichteten Oberflächen für elektronische Geräte integriert. Diese Anwendungen haben dazu beigetragen, die Haltbarkeit und Funktionalität verschiedener Produkte zu verbessern.

Hydrophobe Beschichtungen

Der Lotuseffekt hat Forscher und Ingenieure dazu inspiriert, ähnliche Eigenschaften in verschiedenen Produkten und Technologien nachzuahmen. Dies führte zur Entwicklung von selbstreinigenden Oberflächen, wasserabweisenden Beschichtungen und anderen Anwendungen in Bereichen wie Textilien, Farben, Glas und sogar medizinischen Geräten.
Schon gewusst?

Video: Wie funktioniert der Lotuseffekt?

Unter dem Mikroskop erkennt man verschiedene aufeinander aufbauende Schichten. Die Außenhaut der Blätter hat kleine Noppen, die 5-10 Mikrometer hoch und 10-15 Mikrometer voneinander entfernt sind (1 Mikrometer entspricht 1 Tausendstel Millimeter). Diese Noppen sind ihrerseits von einer feinen Nano-Struktur aus Wachskristallen mit Durchmessern von zirka 100 Nanometern überzogen. Sie bestehen aus einer Mischung verschiedenen Wasser abweisender (hydrophober) Pflanzenwachse. Auch abgestorbene, ja sogar getrocknete Blätter der Lotuspflanze zeigen den Lotuseffekt.
Wissenswert

Heißt es Lotuseffekt oder Lotoseffekt?

Der Lotuseffekt wird auch Lotoseffekt genannt, weil die Lotusblume zu der Gattung der Lotospflanzen gehört.

Die Lotuspflanze hat sehr große Blätter, die stets sauber bleiben. Wasser und Schmutzpartikel perlen einfach ab. Deshalb sagt man zum Lotuseffekt auch Selbstreingungseffekt. Für die Lotuspflanze hat das den großen Vorteil, dass sie sich vor Krankheitserregern und Bakterien schützen kann und auf den großen Blättern aufliegender Staub und Schmutz kein Licht abschirmt, dass für die Photosynthese benötigt wird.
Lotusblatt

Wie wird der Lotuseffekt gemessen?

Ein Maß für die Benetzbarkeit der Oberfläche mit Wasser ist der Kontaktwinkel.

Bei der Überführung des Lotuseffektes in Alltagsanwendungen hat man schnell gemerkt, dass ein allzustarkes Abperlen von Wasser nicht immer von Vorteil ist. Da Schmutz mit Wasser (und Reinigungsmitteln) gelöst werden muss, ist es wichtig, das Wasser die Oberfläche noch benetzen kann.

Je nach dem Kontaktwinkel, den das Wasser mit der Oberfläche bildet, spricht man von superhydrophoben, hydrophoben oder hydrophilen Oberflächen.
Kontaktwinkel>120 Grad

Kontaktwinkel > 120° – super-hydrophobe Oberflächen

Schwer benetzbare (superhydrophobe) Oberflächen zeichnen sich durch große Kontaktwinkel aus. Hier beträgt die tatsächliche Kontaktfläche nur zwei bis drei Prozent der vom Wassertropfen bedeckten Fläche. Der Tropfen liegt wie auf einem Nagelbrett aus Wachsstiften und berührt nur deren Spitzen. Dadurch werden die Anziehungskräfte zwischen dem Wasser und dem Untergrund verringert, die Wassertropfen nehmen eine kugelförmige Gestalt an. Bei geringstem Neigungswinkel rollen sie dann von der Oberfläche ab. Die Oberfläche wird dabei nicht nass.
Kontaktwinkel ca. 90 Grad

Kontaktwinkel ca. 90° – hydrophobe Oberflächen

Der ideale Kontaktwinkel, damit eine Oberfläche gleichzeitig Wasser abweisend ist, aber noch mit Wasser zu reinigen ist.
Kontaktwinkel < 30 Grad

Kontaktwinkel < 30° – hydrophobe Oberflächen

Auf unbehandelten oder hydrophilen Oberflächen breitet sich der Wassertropfen weit aus, der Kontaktwinkel ist sehr klein. Auf diesen Oberflächen können die Wassertropfen nicht rollen, sondern nur gleiten.

Lotuseffekt = sauber?

Das Robert Koch Institut schreibt zur Hygiene:

“Die Benetzbarkeit der Oberfäche hat einen Einfuss auf die Kontaminierbarkeit und auf das Ergebnis der Reinigung und Desinfektion einer Oberfäche. Eine geringe Benetzbarkeit (z.B. Lotuseffekt) kann einen negativen Einfuss auf das Ergebnis der Desinfektion haben.”

Siehe Bundesgesundheitsbl 2022 · 65:1074–1115 Punkt 7.2 – Anforderungen an die Hygiene bei der Reinigung und Desinfektion von Flächen – Empfehlung der Kommission für  Krankenhaushygiene und Infektionsprävention (KRINKO) beim Robert Koch-Institut

Superhydrophobe Oberflächen mit sehr starkem Lotuseffekt oder Abperleffekt können folglich schwieriger hygienisch sauber gehalten werden. 

Das Geheimnis von Nanotol

Bei der Entwicklung von Nanotol ist exakt der Kontaktwinkel gewählt worden, der den Effekt der Selbstreinigung behält, es dem Nutzer aber ermöglicht, die Oberfläche mit Wasser zu reinigen. Das Geheimnis ist ein Kontaktwinkel an der Grenze zur Hydrophobie!

Mit Nanotol versiegelte Oberflächen sind deshalb Wasser abweisend, haben aber keinen extremen Abperleffekt. Das hat den großen Vorteil, daß diese Flächen ultraleicht zu reinigen sind, weil der Schmutz durch das Wasser gelöst und dann abgespült werden kann.
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