Vorläufiges Programm

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Plenarvortrag

Mit Grips mehr Grip – bioinspirierte Haftoberflächen vom Konzept zur Anwendung

Mittwoch (27.09.2017)
18:00 - 18:30 Uhr

"Erfindungen" der Evolution haben auch die Materialwissenschaft in den letzten Jahren beflügelt. Mottenauge, Lotusblatt, Haifischhaut, Schmetterlingsflügel – wissenschaftlich werden diese Phänomene inzwischen hinreichend verstanden. Die technische Nutzung von bioinspirierten Prinzipien ist bisher nur in wenigen Fällen gelungen. Der Vortrag zeigt am Beispiel neuartiger Haftoberflächen, die den Klebeffekt von Geckozehen simulieren, den Weg des INM von der detaillierten wissenschaftlichen Durchdringung bis zur Schwelle mehrerer Anwendungen auf. Als Grundprinzip gilt das „Contact Splitting“ [1], d.h. die Aufspaltung eines Materialkontakts in ein faseriges (fibrilläres) System; dadurch wird eine optimale Kontaktbildung bei minimaler elastischer Verzerrungsenergie und damit eine Verstärkung der intermolekularen Haftkraft ermöglicht. Die Schaltbarkeit in einen nicht-adhäsiven Zustand wird beispielsweise durch Euler-Knickung erreicht [2]. Ausgehend vom Nachweis des Proof-of-Principle im Labormaßstab, steht derzeit die numerische Voraussage des Haftverhaltens als Funktion der Material- und Strukturparameter im Vordergrund unserer Arbeiten. Mittels Konzepten der Grenzflächenbruchmechanik wurde die Haftfähigkeit weiter optimiert [3], sodass inzwischen selbst raue Gegenoberflächen aufgegriffen werden können [4]. Im Computer wurden neuartige Strukturdesigns entwickelt, die auch in miniaturisierten Dimensionen stabil sind [5]. Unerwartete neue Anwendungen liegen im Bereich biomedizinischer Haftoberflächen [6]. Derartige künstliche Gecko-Oberflächen werden derzeit gezielt für Anwendungspartner weiterentwickelt. Im Vordergrund stehen neuartige Handling-Systeme, die gegenüber konventionellen Designs besondere Vorteile, z.B. Vakuumverträglichkeit, Lärmminderung oder Energieeffizienz, aufweisen. Dadurch ergeben sich interessante Anwendungen in der Robotertechnik (Industrie 4.0), im Assembly und Packaging, in der Weltraumtechnik und in der Medizintechnik.

 

[1] E. Arzt, S.N. Gorb, R. Spolenak, PNAS 100, 10603 (2003)

[2] D. Paretkar et al., J. Roy. Soc. Interfaces 10.1098/rsif.2013.0171 (2013)

[3] R.G. Balijepalli, S.C.L. Fischer, R. Hensel, R.M. McMeeking, E. Arzt, J. Mech. Phys. Sol. 10.1016/j.jmps.2016.11.017 (2017)

[4] V. Barreau, R. Hensel, N.K. Guimard, A. Ghatak, R.M. McMeeking, E. Arzt, Adv. Funct. Mats. 10.1002/adfm.201600652 (2016)

[5] S.C.L. Fischer, E. Arzt, R. Hensel, ACS Appl. Mats. Int. 9, 1036 (2017)

Sprecher/Referent:
Prof. Dr. Eduard Arzt
INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH

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