Lotos-Effekt

Lotos-Effekt, Bezeichnung für die Selbstreinigungskraft bestimmter Blattpflanzen. Der Lotos-Effekt ist u. a. für bestimmte Industriezweige interessant und könnte beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie oder auch in der Farbenindustrie (siehe Farbstoffe, Lacke) technische Anwendungsmöglichkeiten finden.

Es ist eine lange bekannte Beobachtung, dass auf Blättern vieler Pflanzen kein Schmutz haften bleibt. Regen-, Tau- oder Nebeltropfen waschen Partikel jedweder Art einfach ab. Die Lotosblume zeigt diesen Effekt besonders auffällig; sie wird deshalb im asiatischen Raum als Symbol der Reinheit verehrt. Der Biologe Wilhelm Barthlott, Professor an der Universität Bonn, untersuchte seit den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts im Rahmen eines rein naturwissenschaftlichen Forschungsprogramms die Oberflächenstruktur von Pflanzen (rund 300 000 Bilder von über 20 000 Pflanzen waren bis Anfang 2002 archiviert worden). Barthlott benutzte dazu ein Rasterelektronenmikroskop und später, nach ihrer Entdeckung Anfang der achtziger Jahre des 20. Jahrhunderts, Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskope, deren Auflösung bis in den molekularen Bereich hineinreichen. Er und sein Forschungsteam entdeckten bei den Untersuchungen faszinierende dreidimensionale „mikromorphologische Skulpturen”. Barthlott und seine Mitarbeiter, vor allem Christoph Neinhuis, fanden heraus, dass die Oberflächen von Pflanzen mit Selbstreinigungskraft – außer Lotos zeigen auch Kohl, Schilf und Kapuzinerkresse dieses Verhalten – eine spezielle Mikro- und Nanostruktur aufweisen, die die Kontaktfläche zwischen Schmutzpartikel und Oberfläche und damit auch die Haftkraft auf ein Minimum reduziert. Die Partikel lagern quasi nur auf Spitzen. Ist die Oberfläche gleichzeitig auch hydrophob, d. h. wasserabstoßend, wofür nanostrukturierte Wachskristalle verantwortlich sind, so nehmen die abperlenden Wasser- bzw. Regentropfen die Schmutzpartikel problemlos mit. Die Selbstreinigungskraft, die so genannte super-hydrophobe Eigenschaft, ist also auf Wasserabstoßung und Mikrostruktur gleichermaßen zurückzuführen.

Barthlott und seine Mitarbeiter untersuchten in den neunziger Jahren des 20. Jahrhunderts gemeinsam mit Industrieunternehmen nach Möglichkeiten, diese Eigenschaften auch an technischen Oberflächen zu erzeugen, z. B. für Beschichtungen von Fassaden, Tondachziegeln, Glasflächen, Folien oder gar für Autolacke. Die spezielle Oberflächenstruktur versucht man entweder durch Prägung oder durch Aufbringen von Nanopartikeln ausbilden.

Die Vision ist faszinierend: Ein Regenschauer oder ein Wasserstrahl würde genügen, um Wände und Fensterfronten zu säubern; Tonnen von chemischen Waschmitteln ließen sich einsparen. Das Überraschende für unsere Vorstellungswelt ist: Nicht eine extrem glatte, sondern eine raue Oberfläche bleibt eher sauber. Das gilt allerdings nur, wenn sie von Wasser erreicht werden kann. 1998 erhielt Barthlott ein erstes europäisches Patent auf den Lotos-Effekt („Lotus-Effect”). Lacke, Dachziegel und Folien werden bereits produziert und befinden sich im Einsatz bzw. in der Erprobung. Die volle Bestätigung einer langfristigen Bewährung steht noch aus.