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NORA 

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Um den Lotuseffekt verstehen zu können, sollten grundlegende Eigenschaften des Wassers bekannt sein. Durch die Fähigkeit zur Bildung von Wasserstoff-Brücken-Bindungen herrschen zwischen den einzelnen Wassermolekülen besonders stake Anziehungskräfte (intermolekulare Wechselwirkungen), die allerdings nur bis zu den unmittelbar benachbarten Wassermolekülen reichen.Oberflaechenspannung Aus diesem Grunde wirkt auf ein Wasserteilchen im Inneren des Tropfens insgesamt keine Kraft, da es von allen Seiten gleichmäßig von weiteren Wassermolekülen umgeben ist und sich somit die einzelnen Kräfte aufheben. Anders stellt sich die Situation für Teilchen an der Tropfenoberfläche da. Diese besitzen nicht in allen Richtungen Nachbarmoleküle, so dass die Gesamtkraft nach innen gerichtet ist. Das bedeutet, dass alle Moleküle von der Oberfläche ins Tropfeninnere drängen und das Wasser bestrebt ist eine möglichst kleine Oberfläche zu bilden (Oberflächenspannung). Somit bildet sich bei Abwesenheit weiterer Kräfte eine Kugel. In Kombination mit der Schwerkraft bildet sich die bekannte Tropfenform. Befindet sich der Wassertropfen auf einer Oberfläche müssen die Adhäsionskräfte (Wechselwirkungen zwischen den Wassermolekülen und der Oberfläche) ebenfalls berücksichtigt werden. Kontaktwinkel Bei hydrophilen (wasserliebenden) Oberflächen sind diese sehr stark. Das heißt, die äußersten Moleküle an der Wasseroberfläche werden zwar auch von anderen Wasserteilchen in den Tropfen gezogen, allerdings werden sie auch von der Oberfläche angezogen, wodurch der Effekt abgeschwächt wird, so dass sich hier die Grenzfläche zwischen Wasser und Oberfläche vergrößern kann. Hierdurch verringert sich der Kontaktwinkel . Bei besonders hydrophilen Oberflächen verteilt sich der Tropfen auf der gesamten Oberfläche, so dass der Kontaktwinkel sogar 0 Grad betragen kann. Bei hydrophoben Oberflächen sind die Wechselwirkungen zwischen der Oberfläche und den Wassermolekülen deutlich schwächer, folglich ist das Bestreben eine Form mit kleiner Oberfläche (Kugel) einzunehmen stärker. Dies kommt in einem größeren Kontaktwinkel zum Ausdruck. Sind überhaupt keine Wechselwirkungen vorhanden. Wird die Kugelform eingenommen und beträgt 180 Grad. Liegt der Kontaktwinkel bei unter 90 Grad, spricht man von hydrophilen, bei größeren Winkeln von hydrophoben Oberflächen.

 

Der Lotuseffekt beruht auf einer besonderen Oberflächenstruktur, die auf den Blättern der Lotuspflanze gefunden wurde. Dabei, spielt neben der Hydrophobizität besonders die Minimierung der Kontaktfläche zwischen Wassertropfen und Oberfläche eine wichtige Rolle. Dies wird durch längliche „Pfähle" erreicht, die nur wenige Nanometer auseinander sind und mindesten am oberen Ende hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Durch den geringen Abstand ist es den Wassertropfen (wegen der Oberflächenspannung) nicht möglich ihre Form so stark zu verändern (vergrößern), dass er den Raum zwischen den Pfählen füllen könnte.
LotuseffektDaher ist es auch relativ unerheblich, ob die Oberfläche hier hydrophil oder hydrophob ist. Durch die Hydrophobizität an den Spitzen sind die Wechselwirkungen mit den Wasserteilchen schwach. In Verbindung mit der geringen Kontaktfläche (oft weniger als 1 % der gesamten Tropfenoberfläche) sind die gesamten Wechselwirkungen sehr schwach, so dass sich fast kugelförmige Tropfen bilden, die auf schrägen Oberflächen leicht rollen können, ohne diese zu benetzen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Lotuseffektes ist, dass die rollenden Wassertropfen Schmutzpartikel mitreißen, da diese ebenfalls nur eine kleine Kontaktfläche mit der Oberfläche haben und so leicht am Wassertropfen haften können. Dieser Effekt wird auch als Selbstreinigung bezeichnet.

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