Lotosový efekt - biológia
Kedy Lotus efekt, tiež Lotus efekt, je termín používaný na opísanie zlej zmáčateľnosti povrchu, ktorú možno pozorovať u rastliny lotosu. Voda odtečie po kvapkách a vezme so sebou všetky častice nečistôt na povrch. Je to spôsobené zložitou mikroskopickou a nanoskopickou architektúrou povrchu, ktorá minimalizuje adhéziu častíc nečistôt.
Samočistiaca schopnosť vodoodpudivých mikro-nanoštruktúrovaných povrchov bola objavená v 70. rokoch a od polovice 90. rokov sa preniesla na biomimeticko-technické výrobky. Tieto sú označené značkou Lotus-Effekt.
Pracovný princíp
Kvôli vysokému povrchovému napätiu majú kvapky vody tendenciu minimalizovať svoj povrch a preto sa snažia dosiahnuť sférický tvar. Pri kontakte s iným povrchom pôsobia adhézne sily (adhézne sily na povrch), takže k nim dôjde rovnako. V závislosti od povahy povrchu a povrchového napätia kvapaliny môže dôjsť k úplnému (rozmetávaciemu) alebo neúplnému zmáčaniu.
Príčina samočistenia spočíva v hydrofóbnej (vodoodpudivej) dvojitej štruktúre povrchu. To znižuje kontaktnú plochu a tým aj adhéznu silu medzi povrchom a časticami a vodnými kvapkami, ktoré na ňom ležia, natoľko, že dôjde k samočisteniu. Táto dvojitá štruktúra je vytvorená z charakteristicky tvarovanej epidermy, ktorej najvzdialenejšia vrstva sa nazýva kutikula a voskuje sa na nej. Epiderma rastliny lotosu vytvára papily vysoké asi 10 až 20 mikrometrov a od seba vzdialené 10 až 15 mikrometrov, na ktorých sa vytvárajú tzv. epikutikulárne vosky sú podporované. Tieto usadené vosky sú hydrofóbne a tvoria druhú časť dvojitej štruktúry. To znamená, že voda už nemá možnosť dostať sa do priestorov medzi povrchom listu, v dôsledku čoho sa drasticky zníži kontaktná plocha medzi vodou a povrchom.
Biologický význam lotosového efektu pre rastlinu spočíva v ochrane pred kolonizáciou mikroorganizmami, patogénmi alebo choroboplodnými zárodkami, napríklad spórami húb, alebo proti rastu riasami. To platí obdobným spôsobom aj pre zvieratá, ako sú motýle, vážky a iný hmyz: nemôžu sa dostať nohami do každej časti tela a je to o to výhodnejšie, ak sa vlhkosť a nečistoty odvíjajú nezávisle od seba. Ďalším pozitívnym účinkom samočistenia je prevencia znečistenia, ktoré by mohlo znížiť výskyt svetla a tým aj fotosyntézu a uzavrieť prieduchy.
Technické aplikácie
Samočistiace povrchy majú čoraz väčší technický a ekonomický význam. Táto vyhľadávaná vlastnosť prostredníctvom superhydrofóbnych mikro- a nanoštruktúrovaných povrchov je čisto fyzikálno-chemickým javom a môže sa biomimeticky preniesť na technické povrchy. Samotným týmto produktom je v súčasnosti okolo 600 000 budov vybavených povrchmi Lotus.
Samočistiacu schopnosť vodoodpudivých nanostruktúrovaných povrchov objavil v 70. rokoch minulého storočia Wilhelm Barthlott. Pokiaľ ide o technickú výučbu implementácie samočistiaceho účinku, spoločnosť Barthlott požiadala o medzinárodnú patentovú ochranu. Výrobky, ktoré sa vracajú k technickému učeniu vyvinutému spoločnosťou Barthlott pre implementáciu samočistiaceho efektu, sú navyše medzinárodne komplexne chránené značkami „Lotus-Effect“ a „Lotus-Effect“. Výhradným vlastníkom značky je spoločnosť Sto AG v Stühlingene, výrobca fasádnych farieb „Lotusan“ [2], ktorú spoločnosť Sto AG uviedla na trh v roku 1999 ako prvý komerčný produkt pri implementácii výučby spoločnosti Barthlott.
Ďalšími oblasťami použitia sú samočistiace okuliare založené na princípe lotosového závodu od spoločnosti Ferro GmbH, ktoré sa používajú napríklad na kamerách mýtneho systému na spolkových diaľniciach v Nemecku. Spoločnosť Degussa AG vyvinula prototypy plastov a sprejov.
V reklame sa takzvané „ľahko čistiteľné“ povrchy niekedy zámerne zamieňajú so samočistiacimi povrchmi na princípe lotosu.
Švajčiarske spoločnosti HeiQ Materials AG a Schoeller Textil AG vyvinuli textil odpudzujúci nečistoty pod obchodnými názvami „Barrier by HeiQ“ a „NanoSphere“. V októbri 2005 testy Hohensteinovho výskumného ústavu preukázali, že oblečenie z radu NanoSphere jednoducho vytečie, a to aj po niekoľkonásobnom vypraní paradajkových omáčok, kávy a červeného vína. [3] Existuje ďalšie možné použitie pre samočistiace markízy, plachty a plachty, ktoré sa inak rýchlo znečistia a ťažko sa čistia.
Superhydrofóbne povrchy umožňujú vyvíjať plavky, ktoré nezmáčajú, a lodné trupy, ktoré sa lepšie kĺžu. Plavky sa už používali na medzinárodných turnajoch a od roku 2010 boli opäť zakázané, pretože výrazne zlepšili časy plavcov. [4]