Käferschleuse

In Anlehnung an einen kleinen Wüstenkäfer haben MIT-Forscher eine Oberfläche geschaffen, die Wassertröpfchen aus der Luft sammeln kann. Mit weiterer Entwicklung könnte es verwendet werden, um Trinkwasser in Wüsten zu gewinnen oder mikroskopisch kleine Flüssigkeitsmengen in chemischen Reaktionen zu lenken, sagen die Forscher.

Stenocaras holpriger Rücken verwandelt Nebel in Wasser. (Bildnachweis: Andrew Parker)

Wissenschaftler haben die seit langem bewundert Stenocara Überlebensmittel des Käfers in der afrikanischen Namib-Wüste, einem der trockensten Orte der Erde. Nur ein paar Mal im Monat kommt Wasser in die Gegend, in einem feinen Meeresnebel, der über die Wüste weht. Um diese Chance zu nutzen, macht der Käfer Kopfstände, sagt Andrew Parker, Zoologe an der Universität Oxford. An nebligen Morgen sitzt der Käfer auf einer Sanddüne, senkt den Kopf und neigt den Rücken in den Wind.



Der Rücken des Käfers ist mit Beulen von etwa einem halben Millimeter Durchmesser bedeckt. Wie Parker und Kollegen 2001 entdeckten, bestehen die Noppen aus einem Material, das Wasser anzieht, während die wachsartigen Kanäle zwischen ihnen es abstoßen. Wenn Wassertropfen vorbeiblasen, bleiben sie an den Unebenheiten haften; schließlich verschmelzen sie zu größeren Tropfen, die abbrechen und über den Rücken des Käfers ins Maul rollen.

Inspiriert von Parkers Beschreibung in der Ausgabe vom 1. November 2001 von Natur , entwickelten der Chemieingenieur-Professor Robert Cohen am MIT und der Materialwissenschaftsprofessor Michael Rubner eine Oberfläche, die dem Rücken des Käfers nachempfunden ist. Es ist in Schichten auf einem Glasobjektträger aufgebaut. Die erste Schicht ist ein Polymer, das die Oberfläche porös macht; das bestreuen die Forscher mit Silica-Nanopartikeln. Als nächstes beschichten sie den gesamten Objektträger mit einer fluorierten Chemikalie, um ihn wasserabweisend zu machen. Um schließlich die Beulen des Käfers nachzubilden, tropfen sie auf wasseranziehende Säuremoleküle, die sich an den Nanopartikeln anlagern und über die Oberfläche ragen. Das Ergebnis sind stark wasseranziehende Flecken auf einer stark wasserabweisenden Oberfläche. Die neue Oberfläche sammelt Wasser effektiver als der Panzer des Käfers, sagt Cohen. Er und Rubner beschreiben ihre Arbeit im Juni 2006 Nano-Buchstaben .

Die Forscher bringen die Oberfläche nun auf flexible Materialien auf. Sie glauben, dass gemusterte Stoffsegel, wenn sie in extrem trockenen Regionen wie der Namib an Häusern oder Stangen aufgehängt werden, Nebel sammeln könnten, der zu fein ist, um heute eingefangen zu werden. In feuchten Regionen könnten solche Segel auch das Wasser effizienter ernten als die heute verwendeten Nebelnetze. Aber die Haltbarkeit ist immer noch ein Problem; die oberfläche reibt mit der zeit vom tuch ab.

Ein britisches Unternehmen namens QinetiQ, dessen Wissenschaftler Parker mitverfasst haben Natur Papier, stellt bereits ein ähnliches Material her, das es in Geräten testet, die Wasser in wasserbasierten Klimaanlagen auffangen und speichern.

Die Frage für die MIT-Forscher und QinetiQ, sagt Parker, sei, ob die fleckige Beschichtung im großen Maßstab kostengünstig hergestellt werden könne. Cohen glaubt, dass dies durch den Einsatz von Tintenstrahlern zum Drucken der Säureflecken erreicht werden kann. Wenn es dafür einen Treiber gäbe, kann ich mir vorstellen, dass der Prozess entsprechend skaliert werden könnte, sagt er.

Er fügt hinzu, dass das Material Verwendungen haben könnte, die keine Massenproduktion erfordern würden. Mit praktisch jedem Muster bedruckte Objektträger könnten in kleine Stücke geschnitten und zum Bau von Mikrosensoren verwendet werden, sagt er. Oder Objektträger, die dazu bestimmt sind, winzige Chemikalientröpfchen zu halten und dann zu mischen, könnten verwendet werden, um Reaktionen im Mikromaßstab durchzuführen.

Die Arbeit von Cohen und Rubner wird von der US-amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency finanziert, die eine biozide und selbstreinigende Beschichtung für militärische Ausrüstung entwickeln möchte. Stenocara -inspirierte Technologie könnte verwendet werden, um deaktivierte biologische Schadstoffe zu sammeln und abzutransportieren.

verbergen