Um mal anders als mit dem Flugzeug zu Reisen, habe ich die Überfahrt von Schweden nach Finnland mit dem Schiff gemacht. Die Fahrt dauert rund 20 Stunden und man bekommt eine Kabine in der man ganz gut schlafen kann. Die Fahrt in den Sonnenuntergang ist schon sehr spektakulär und zu späterer Stunde kann man zusätzlich feststellen, dass die Finnen sehr Karaoke begeistert sind.

Boat view

In Finnland bin ich nach Tampere gereist. Tampere ist die drittgrößte Stadt in Finnland und wird auch als das Manchester des Nordens bezeichnet, da es früher einen großen Industriesektor hatte. Mittlerweile wurden Großteile der Industrie durch den IT Sektor ersetz, aber die Fabrikgebäude in mitten der Stadt sind immer noch vorhanden und auch wenn sie heute andere Verwendung finden, fügen sich die Schornsteine der alten Fabriken ins Stadtbild ein.

Tampere 1

An der Technischen Universität von Tampere habe ich Prof. Jyrki Mäkelä besucht. Von seiner Gastfreundlichkeit durfte ich mich allerdings schon am Vorabend überzeugen, als ich eine kleine Führung durch den Kern von Tampere und anschließend eine Einladung zu dem lokalen Essen Tamperelainen/Mustamakkara bekommen habe. Seit 2010 ist er Professor für Aerosolphysik und seit 2014 auch Leiter des Physik-Department. Aerosole sind kleine Teilchen (Nanoteilchen) die in der Luft vorkommen. Geläufiger ist der Begriff Feinstaub. Prof. Mäkelä hat mehrere Publikationen in dem sehr respektablen Nature Journal (wo eigentlich jeder Wissenschaftler gerne publizieren möchte), die sich mit der Entstehung von natürlichen Aerosolen in der Atmosphäre beschäftigen. Aber er beschäftigt sich noch mit weiteren Forschungsschwerpunkten. In Tampere wird ein Prozess namens Liquid Flame Spray benutzt um Oberflächen mit Nanoteilchen zu beschichten. Diese Flammenreaktoren sind in der Nanotechnologie sehr beliebt, da sie große Mengen an Nanoteilchen herstellen können und relativ wenig Abfallprodukte erzeugen. Der einfachste Flammenreaktor ist eine Kerze. Der entstehende Ruß ist nichts anderes als Nanoteilchen (Worauf ich in einem späteren Beitrag noch etwas mehr eingehen werde). Wenn man allerdings mehr als Ruß herstellen möchte, reicht ein Kerzendocht nicht mehr aus und der Reaktor wird etwas komplizierter.

Eine erste Anwendung in der Gruppe war das Besprühen von Glaskörpern aus ästhetischen Gründen. Dabei wurde während des Herstellungsprozess eine Pause eingelegt, in der Teile des Glasrohling mit einer Schicht aus Nanoteilchen besprüht wurde. Danach wurde das Glas fertiggestellt. Die dünne Schicht aus Nanoteilchen interagiert mit dem Licht und kann dadurch nette optische Effekte erzeugen:

Glaskoerper

Neben der optischen Veränderung von Glaskörpern, gibt es aber noch eine Reihe weiterer Anwendungen. Eine, die für mich super spannend war (da ich mich teilweise auch selber damit beschäftige), ist die Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen. Auf selbstreinigenden Oberflächen bildet Wasser Tropfen (unsere Haut kann dies in gewissem Maße auch, dürft ihr gerne das nächste Mal unter der Dusche beobachten). Die Wassertropfen rollen dann von der Oberfläche herunter und nehmen Schmutz, der auf der Oberfläche liegt, einfach mit.

Das Oberflächen sich selbst reinigen können ist schon sehr lange bekannt, das Phänomen wurde aber erstmals durch den Einsatz von Elektronenmikroskopen von dem Botaniker Wilhelm Barthlott in den Siebzigern anhand von Lotusblütenblättern untersucht, weswegen oft auch der Begriff Lotuseffekt benutzt wird. Da in selbstreinigenden Oberflächen enormes Potential gesehen wird, gibt es sehr große Forschungsbemühung das Lotusblatt zu kopieren und in verschiedenen Bereichen sind auch schon zahlreiche Produkte auf dem Markt. Ich freue mich zum Beispiel immer wieder, wenn mir jemand zu meinen neuen Sneaker ein “Nanospray“ das meine Schuhe säubert verkaufen will…

Damit Oberflächen selbstreinigend sind, müssen sie hydrophob sein. Hydrophob heisst, dass sie Wasser (bzw. die Wassermoleküle) abstoßen, nur dann kann Wasser einen Tropfen auf einer Oberfläche bilden. Wenn eine Oberfläche nicht hydrophob ist, ist sie hydrophil, d.h. sie zieht Wasser an und Wasser benetzt die Oberfläche komplett anstatt einen Tropfen zu bilden. Ich möchte hier nicht zu sehr ins Detail gehen, das Wichtige ist, dass sehr viele Wissenschaftler versuchen hydrophobe oder superhydrophobe (wenn schon dann richtig…) Oberflächen herzustellen. Um das können wissen wir schon seit Barthlott, das zwei Faktoren sehr wichtig sind: 1. Die chemischen Eigenschaften der Oberfläche 2. Die Struktur der Oberfläche. Es hat sich gezeigt, das besonders Nanostrukturierte Oberflächen sehr gute hydrophobe Eigenschaften entwickeln können und tatsächlich verfügt das Lotusblatt auch über eine Nanostruktur. In der Wissenschaft gibt es derzeit große Diskussion, was wichtiger für den Selbstreinigungseffekt ist, die chemischen Eigenschaften der Oberfläche oder die Nanostrukturierung (Ich bin natürlich Team Nano…).

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Kommentare (5)

  1. #1 tomtoo
    25. Februar 2017

    Hallo Samir,
    was mich interresieren würde ist , wo sind den da die Grenzen und Unterschiede bzgl. Physikalisch und Chemisch?
    Das ist mir noch sehr unklar.

    P.S Ansonsten vielen Dank für den Artikel !
    P.S.S Wie verhält sich eigentlich so eine Mischung aus Blutwurst, Preiselbeermarmelade und Milch in so einem typisch deutschem verdauungdystem ? : )

    • #2 samir
      25. Februar 2017

      Hey.
      Das ist eine gute Frage. Mit den chemischen Eigenschaften ist das Material gemeint. Oft hat man eine Struktur die aus einem Material besteht das selber nicht sehr hydrophob ist. Dann beschichtet man diese Struktur, man verändert also ihre chemischen Eigenschaften. In dem Video wird dies mit Wachs gemacht. Die interessanten physikalischen Eigenschaften wären z.B. die Interaktionen zwischen dem Wasser und der Oberfläche. Ich hoffe das beantwortet deine Frage und mit dem Essen habe ich keine Probleme, da ich ja vorher schon Haggis und jetzt in Madrid Morcilla essen darf…

  2. #3 Laie
    4. März 2017

    Ist interessant. Mit welchen Materialien oder Elementen kann man denn die benötigte Nano-Struktur aufbringen, die ordentlich hält?

    Leider kann ich mit Kerzen-Russ meine Fensterscheiben nicht nano-mässig beschichten! :)

  3. #4 anderer Michael
    4. März 2017

    Aus was bestehen diese Nanoteilchen?

  4. #5 hubert taber
    4. März 2017

    noch zu schmutzabweisend:
    ich bin nicht von der chemischen- und nicht von der nano- sondern von der elektro-abteilung.

    wenn ein körper mit schwach leitender oberfläche mit dem minuspol beaufschlagt wird dann wird er feinstaubabweisend.
    vorteil: der raum ist feinstaubfrei.
    nachteil: der feinstaub klebt in den tapeten.

    möglicherweise spielen bei der lotusblüte ebenfalls elektrische potentiale mit und nicht nur die oberflächen-struktur.
    mfg.