Nanopartikel lassen Wasser abperlen

So schön wie am ersten Tag glänzen die meisten Autos nur selten. Staub und Schmutz bleiben auf dem Lack haften, Regen hinterlässt zusätzliche Schlieren. Wäre ihr Äußeres dagegen beschaffen wie die Blätter der Lotuspflanze, perlte Wasser einfach ab. Das Nano Zentrum Berlin rüstet Fahrzeuge, Baustoffe und Gegenstände aller Art mit so einer Oberfläche aus: Nanopartikel aus Siliciumdioxid sorgen für den Lotuseffekt. 
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Autos, Wohnwagen, Schaufensterscheiben – schnell sammelt sich Staub auf den glänzenden Oberflächen und lässt sie trüb werden. Regen spült den Dreck zwar weiter, aber nicht fort. Stattdessen entstehen unansehnliche Schmutzspuren.     Foto: Markus Götz / pixelio.de
Pflanzen wie Frauenmantel, Kohlrabi und die berühmte Lotusblume stauben dagegen nicht ein; sie sind nie durch Kalkflecken und Schlieren entstellt. Der Grund: Die Oberfläche ihrer Blätter ist zugleich rau und chemisch wasserabweisend. Was uns glatt-grün erscheint, entpuppt sich unter dem Mikroskop als Landschaft aus Tälern und Bergen, die nur wenige Nanometer hoch sind. Wassertropfen haben auf den Bergspitzen keinen Halt, ist die Oberfläche geneigt, rollen sie einfach ab und reißen dabei den Staub mit sich fort.     Foto: William Thielicke, lizenziert unter GFDL über Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lotus3.jpg#/media/File:Lotus3.jpg
Nach diesem natürlichen Vorbild versiegelt das Nano Zentrum Berlin unter anderem Autos, Wohnwagen, Schiffe, Solaranlagen und Flugzeuge. Nanopartikel aus verschiedenen Siliciumdioxiden machen ihre Oberflächen kratzfest, wasser- und schmutzabweisend und unempfindlich für Umwelteinflüsse.     Foto: MLR / Thorsten Futh
Je nachdem, welches Material auf diese Weise ausgerüstet werden soll, wird die Hülle, die die Siliciumdioxid-Partikel umgibt, chemisch angepasst. Auf diese Weise haften sie auf beinahe allen Untergründen. Wer will, kann also auch die Ledersitze, das Armaturenbrett und die Spiegel wasserabweisend veredeln lassen. Auch für Sanitäreinrichtungen sind spezielle Nanoprodukte verfügbar.     Foto: Simeon Christl / pixelio.de
Damit die Schicht hält und später an jeder Stelle gleich gut funktioniert, werden die Fahrzeuge in der Werkstatt in Berlin-Mahlsdorf zunächst gründlich gereinigt, die Oberflächen entfettet und kleine Unebenheiten behoben. Anschließend spritzen die geschulten Fachleute die Nano-Beschichtung lückenlos auf. Ihre Inhaltsstoffe verbinden sich beim Aushärten mit der Oberfläche zu einer gleichförmigen Schicht aus Glaskeramik. Die Nanopartikel in dieser Anwendung gehen dabei eine feste Verbindung mit der Oberfläche ein.     Foto: MLR / Thorsten Futh
Auf diese Versiegelung gibt das Nano Zentrum eine Garantie, die je nach Umfang der Behandlung und Nutzungsweise zwischen einem und zehn Jahren liegt. In dieser Zeit sollen der Lack geschützt und der Glanz und auch der Wert des Wagens lange erhalten bleiben. Der Kunde wird in dieser Zeit sein Auto wesentlich seltener waschen müssen und dafür keine chemischen Reinigungsmittel brauchen. Für die erfolgreiche Anwendung dieser speziellen Nanotechnologien erhielt das Nano Zentrum Berlin im Jahr 2007 den Franz-Carl-Achard-Preis für Angewandte Wissenschaften.     Foto: MLR / Thorsten Futh
Nach dem gleichen Prinzip lassen sich auch Baustoffe versiegeln und schützen. Das Labor des Nano Zentrum stellt die entsprechenden Nano-Produkte angepasst an die jeweiligen Oberflächen her. Wo Wasser von Beton, Stein oder Terrakotta abperlt, können sich Algen und Moose nicht ansiedeln. Biozide Anstriche oder Reinigungsmittel sind damit nicht mehr nötig. Auch Frostschäden werden durch die Nanoversiegelung vermieden, da Wasser und Eis nicht mehr in die Oberflächen eindringen können.     Foto: MLR / Thorsten Futh
Besonderes Potenzial sieht man im Nano Zentrum Berlin darin, Sand mit speziellen Nanopartikeln wasserabweisend auszurüsten. „Sand, der nicht nass wird, ist eine erstklassige Barriere im Boden. Unter Mülldeponien verhindert er, dass Schadstoffe in den Boden sickern. Unter bewässerten Feldern hält er das kostbare Wasser in der obersten Bodenschicht bei den Wurzeln der Pflanzen. In wasserarmen Gegenden ist das essentiell,“ erläutert Jürgen Schneider (im Bild rechts), der Geschäftsführer des Berliner Unternehmens, die Idee.     Foto: MLR / Thorsten Futh
Wo Sand nicht nass werden kann, kann er auch nicht einfrieren. Das ist zum Beispiel für Schienenfahrzeuge interessant, denn sie nutzen Sand für Notbremsungen: Dabei wird so genannter Bremssand auf die Schienen gestreut, der die Reibung zwischen Rad und Schiene zusätzlich erhöht und so den Bremsweg verkürzt. Sand, der auch in kalten Wintern trocken und rieselfähig bleibt, wäre also ein echter Gewinn für Tram, S-Bahn und Eisenbahn.     Foto: Gordon Gross
Mit Nano-Siliciumdioxid und entsprechend gestalteten Umhüllungen, können die Entwickler des Nano Zentrums Berlin Sand so beschichten, dass er nicht nur im Wasser trocken bleibt, sondern zugleich Öl auf dem Wasser bindet. „Denken Sie an die enorme Umweltverschmutzung durch Ölkatastrophen auf dem Meer: Das Öl lässt sich einfach, kostengünstig und umweltfreundlich entfernen, in dem nanoveredelter Sand auf das Wasser aufgebracht wird. Er bindet Öl, Arsen und andere Chemikalien. Das Wasser wird sauber und das Öl-Sand-Gemisch kann mit einem Saugschiff aufgenommen werden. Nach diesem Prinzip ließe sich auch das Bohrwasser aus der Erdölförderung rückstandsfrei reinigen,“ beschreibt Jürgen Schneider die möglichen Anwendungen für die Wassereinigung und -aufbereitung. Dieses Verfahren wurde als internationales Patent angemeldet.     Foto: MLR / Thorsten Futh


(Oktober 2015)

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