Spinnentechnik schützt Unterwasserbauwerke
Forscher entwickeln künstliche Plastrons - Feinste Härchen halten Aggressoren auf Abstand
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Meer: Unterwasserstrukturen lassen sich künftig besser schützen (Foto: Wasi1370, pixabay.com) |
Cambridge/Erlangen-Nürnberg/Aalto (pte003/06.10.2023/06:10)
Unterwasserbauwerke aus rostendem Material wie Kais in Häfen, Fundamente von Offshore-Windenergieanlagen und Bohrplattformen lassen sich künftig mit einem Trick besser vor Korrosion schützen. Als Vorbild diente den Forschern der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und der Aalto-Universität eine Spinnenart.
Schutz vor negativen Einflüssen
Die kleinen Krabbler leben stets unter Wasser, haben keine Kiemen, sondern müssen wie Säugetiere atmen. Damit sie das trotz des umgebenden Wassers können, sind sie mit einem sogenannten Plastron ausgestattet. Das ist eine hauchdünne Lufthülle, die ihren Körper umgibt. Dieser wird von dem im Wasser gelösten Sauerstoff aufgebaut und von feinsten wasserabweisenden Härchen gehalten.
Seit Jahrzehnten wird versucht, Kunst-Plastrons herzustellen, um Werkstoffe unter Wasser vor negativen Einflüssen zu schützen. Neben der Verhinderung von Korrosion könnten Plastrons auch die Ansiedlung von Bakterien und Meeresbewohnern verhindern, das sogenannte Fouling. Doch die bisher entwickelten Plastrons erwiesen sich bislang als wenig haltbar und waren deshalb unbrauchbar. Die Forscher haben nun eine superhydrophobe Oberfläche mit einem stabilen Plastron entwickelt.
"Nie dagewesene Eigenschaften"
"Bioinspirierte Materialien sind ein äußerst spannendes Gebiet, das elegante, in der Natur entwickelte Oberflächen mit noch nie dagewesenen Eigenschaften hervorbringt. Unsere Forschung veranschaulicht, wie die Entdeckung dieser Prinzipien zur Entwicklung von Oberflächen führen kann, die unter Wasser ihre Superhydrophobie aufrechterhalten", sagt SEAS-Forscherin Joanna Aizenberg.
Natürliche Plastrons haben raue Oberflächen, die den Sauerstoff festhalten. Wird dieses Bauprinzip auf künstliche Plastrons angewendet, so werden diese wegen der unregelmäßigen Oberfläche brüchig. Das Team hat daher sämtliche Parameter, die die Stabilität beeinflussen, ausgewertet und entwickelte jeweils Gegenmaßnahmen. Am Ende stand ein Plastron aus Titan mit einer optimierten Oberfläche, das haltbarer war als das natürliche Original. Um das zu beweisen, haben die Forscher das Plastron verbogen, verdreht, mit heißem und kaltem Wasser sowie mit Sand bearbeitet, um die Oberfläche zu zerstören. Doch die hielt erfolgreich durch.
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