Fraunhofer Umsicht: Mikrostrukturen von Lebewesen auf Folien übertragen

Die Haut des Wüstensandfischs dient als Vorbild für die Industrie. Die Oberflächenstruktur der Sandfischschuppe mittels Rasterelektronenmikroskop (REM). Fotos:TU Berlin, Prof. Ingo Rechenberg

Trockenheit, lang anhaltende Sandstürme, extreme Temperaturschwankungen - alltägliche Bedingungen für Wüstenpflanzen und -lebewesen. Wie schaffen es der Wüstenkürbis oder die Sandskink-Echse trotzdem, in diesen Verhältnissen zu überleben? Das Geheimnis ihrer Oberflächen erforscht Fraunhofer UMSICHT mit Partnern eines Konsortiums im Projekt "TriboPoly", um die biologischen Vorbilder für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen. Das Projekt setzte sich bereits in der ersten Runde des vom Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen ausgerufenen Förderwettbewerbs CheK.NRW durch.

Gesucht wurden die besten Ideen für die Zukunftsfelder der Chemie- und Kunststoffindustrie. Insgesamt 20 Kooperationsverbünde mit insgesamt 53 Partnern aus Unternehmen und Hochschulen nahmen teil. Das Land NRW will mit der Förderung dazu beitragen, neue Anwendungsfelder und Zukunftspotenziale in den Clustern Chemie und Kunststoff zu entwickeln bzw. zu stärken. Die Jury entschied sich in diesem Jahr für zwölf Projektvorhaben, die nun mittels Fördermitteln in die betriebliche Wirklichkeit umgesetzt werden. Bei „TriboPoly“ arbeiten die Saueressig AG, ZINS Ziegler Instruments GmbH, Bayer Technology Services GmbH und Fraunhofer UMSICHT zusammen.

Die Oberflächen der Wüstenlebewesen weisen keinerlei Verschleißspuren auch nach täglichen Sandstürmen auf. Mikroskopische Untersuchungen zeigten: Sowohl der Kürbis als auch die Echse verfügen über eine spezielle Hautoberfläche mit mikroskopisch kleinen Strukturen, einer sogenannten Mikrostrukturierung. Ziel des Projektes ist es, die Mikrostrukturierung biologischer Vorbilder auf eine Mikrostruktur für technische, polymere Oberflächen zu übertragen. Als spätere Anwendungen stehen dabei spezielle Beschichtungsfolien im Vordergrund, die sich durch eine sehr hohe Verschleißbeständigkeit auszeichnen. Diese Folien kommen in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz, etwas als solarthermische Flächen bei der Energiegewinnung oder als allgemeine Verscheibungen in ariden Gebieten.

Mikrostrukturen der Wüstenlebewesen auf Folien übertragen
Um diese Mikrostrukturen für die industrielle Anwendung nutzbar zu machen, hat das Forscherteam zunächst untersucht, ob bzw. inwieweit die Tribologie, also die Reibung und der Verschleiß von Oberflächen, durch eine derartige Struktur beeinflusst wird. Getestet werden dann konkret die Belastung durch Strahl-verschleiß oder Gleitbeanspruchungen. Die technischen Polymer-Oberflächen werden den Ergebnissen entsprechend tribologisch optimiert. Die Übertragung auf industrielle Anwendungen erfolgt dann mittels spezieller Prägeverfahren, mit denen diese Struktur auf die Kunststofffolien übertragen wird.

Die Jury habe sich für die Arbeit des TriboPoly-Teams entschieden, weil das Projekt ein hohes Potenzial für den Werkstoff Kunststoff bietet und auch ein wertvoller Beitrag zur Nachhaltigkeit sei. Außerdem sei es ein bereichsübergreifendes Projekt mit idealer Kooperation zwischen Forschung und Wirtschaft.

Fraunhofer UMSICHT ist für die Projektentwicklung und –steuerung und für die Auswertung der Ergebnisse zuständig. Bayer Technology Services optimiert die polymeren Versuchsmaterialien. Ziegler Instruments entwickelt und stellt Strahlverschleißmessapparaturen zur Verfügung. Die Firma Saueressig bringt speziell strukturierte Prägewalzen ein und führt Prägeversuche durch.

Weitere Informationen: www.umsicht.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht, Oberhausen

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