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StartseiteForschung aktuellLaser ritzt künstliche Haifischhaut23.03.2017

Optik für bionische OberflächenLaser ritzt künstliche Haifischhaut

Mit extrem kurzen Laserblitzen können griechische Physiker eine Art künstliche Haifischhaut auf Materialoberflächen zaubern. Solche bionischen Oberflächen können besonders wasserabweisend oder strömungsgünstig sein. Das neue Herstellungsverfahren ist besonders umweltschonend.

Von Frank Grotelüschen

Schwarzspitzenhaie im Sea Life Centre des Linnanmäki-Vergnügungsparks in Helsinki in Finnland (picture alliance / dpa / Jaakko Avikainen)
Die Haut von Haien hat eine besonders strömungsgünstige Struktur. (picture alliance / dpa / Jaakko Avikainen)
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Die Wüste von Namibia: Es ist knochentrocken, nur manchmal hängt ein wenig Nebel in der Luft. Doch das reicht der kleinen Eidechse, um ihren Flüssigkeitsbedarf zu decken: Ihre Haut zeigt eine Mikrostruktur, an der der Nebel kondensiert und durch winzige Kanäle zum Maul transportiert wird. Es sind solche Phänomene, die Evangelos Skoulas faszinieren, Physiker an der Universität Kreta in Griechenland:

"Wir lassen uns von der Natur inspirieren. Wir versuchen, künstliche Oberflächen zu schaffen, die natürliche Oberflächen imitieren. Ein Beispiel ist der Lotuseffekt, er stammt von den wasserabweisenden Lotusblättern. Oder die Haut des Haifischs, sie verhindert die Bildung von Wirbeln, ist also strömungsgünstig. Oder Eidechsen, die mit Kanälen in ihrer Haut Wasser sammeln und in Richtung Maul transportieren."

Laser statt Säure

Um solche bionischen Oberflächen künstlich nachzuahmen, arbeiten Wissenschaftler oft mit chemischen Verfahren. Hierbei werden die gewünschten Mikrostrukturen etwa durch Säuren in ein Material geätzt. Physiker Skoulas favorisiert eine andere Methode - den Laser.

"Wir nutzen ultrakurze Laserpulse, um Oberflächen zu strukturieren, etwa die von Metallen. Dadurch können wir ihnen Eigenschaften verleihen, die sie zuvor nicht hatten."

Skoulas und seine Kollegen haben dieses Verfahren nun variiert: Erstmals verwenden sie Laserblitze mit dem Querschnitt eines Rings - kreisrund mit einem Loch in der Mitte.

"Wir bezeichnen das als Donut-Strahl. Mit diesen Laserblitzen haben wir eine Metalloberfläche beschossen. Und dabei kam zum Beispiel eine Mikrostruktur heraus, die stark an eine Haifischhaut erinnert."

Ähnlich wie ein Teppichklopfer Wellen in einen Teppich schlägt, schlagen die ultrakurzen Donut-Blitze Wellen in die Materialoberfläche. Diese Wellen hinterlassen dann organisch anmutende Mikromuster auf der Oberfläche. Zum Beispiel sind unter dem Mikroskop winzige Rhomben zu erkennen, ähnlich wie bei der strömungsgünstigen Haifischhaut. Andere Strukturen ähneln eher einem Textilgeflecht und eignen sich für wasserabweisende Oberflächen.

"Ich denke, das könnte für selbstreinigende Materialien interessant sein. Andere Muster, die sich mit unserem Laserverfahren herstellen lassen, könnte man für den Transport winziger Flüssigkeitsmengen verwenden. Oder für Oberflächen, die extrem reibungsarm sind."

Weniger chemische Abfälle

Gegenüber chemischen Herstellungsmethoden, meint Evangelos Skoulas, haben die Donut-Laserblitze gleich mehrere Vorteile:

"Man hat keinen chemischen Abfall, den man entsorgen müsste. Außerdem ist unser Laser sehr schnell und effizient: Flächen von mehreren Dutzend Quadratzentimetern lassen sich in ein paar Minuten herstellen."

Und deshalb haben auch schon Industriefirmen bei den Physikern aus Kreta angeklopft, um sich nach dem neuen Laserverfahren zu erkundigen.

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