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Nanostrukturen: Variable Haftkraft nach Blattlausprinzip

Geckofuß
Gerade erst hat die Haftkraft nanostrukturierter Geckofüße eine lange Liste von technischen Nachbauten für verschiedenste Anwendungen inspiriert, da wenden sich Forscher schon den noch raffinierteren Verwirklichungen des Prinzips in der Insektenwelt zu. Dort nämlich bedient man sich nicht einfach nur passiver Hafthärchen. Blattläuse zum Beispiel können die Pulvilli genannten Röhrchen aktiv aufstellen und wieder in sich zusammenfallen lassen – wodurch sie die Kontaktfläche und damit die Klebewirkung gezielt um ein Vielfaches erhöhen und wieder auf Bruchteile verringern.

Wissenschaftler aus den USA, Singapur und China haben dieses Prinzip zum Vorbild genommen, um einen Gummistempel zu entwickeln, der durch eine einfache Veränderung seiner Form um das Tausendfache stärker an einem Objekt haftet. Dadurch kann er hoch empfindliche Bauteile sanft anheben und zu größeren Strukturen zusammenfügen.

Prinzip und Ergebnis | Die beiden oberen Bilder zeigen die Vorrichtung, mit der sich selbst empfindlichste Bauteile zu gewünschten Formen stapeln lassen (unten). Der Trick besteht darin, das zu tragende Objekt mal an der ganzen Fläche und mal an der Spitzen der Pyramiden haften zu lassen.
Der Stempel, den das Team um John Rogers von der University of Illinois in Urbana herstellte, besteht aus Blöcken des elastischen Polymers Polydimethylsiloxan, die an den vier Ecken der Stempelfläche je eine erhabene pyramidenförmige Struktur tragen. Setzt man den Stempel nun mit sanftem Druck zum Beispiel auf ein Siliziumscheibchen, drückt sich die Fläche zwischen den Pyramiden durch und haftet dank der schwachen Kräfte zwischen Oberflächen an dem Objekt. Mit einem kurzen Ruck kann der Gegenstand dann angehoben werden. Hängt das Objekt am Stempel, federt das elastische Material zurück. Die Fläche zwischen den Abstandhaltern löst sich wieder, und das Bauteil haftet jetzt nur noch an den Spitzen der vier Pyramiden. Deren Tragkraft ist zwar groß genug, um das Plättchen in der Luft zu halten; wird es jedoch auf der gewünschten Unterlage abgesetzt, haftet es dort stärker und löst sich bereitwillig vom Stempel.

Mit dieser Technik transportierten Forscher nicht nur einen experimentellen Transistor aus einem organischen Lack und Kohlenstoffnanoröhren, sondern stapelten mikrometergroße Siliziumscheiben zu Türmchen. Das "Silizium-Lego", so die Forscher, soll zukünftig komplexe dreidimensionale Strukturen aus hauchdünnen vorgefertigten Bauteilen zusammenfügen. (lf)

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  • Quellen
Rogers, J. et al.: Microstructured elastomeric surfaces with reversible adhesion and examples of their use in deterministic assembly by transfer printing. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A 10.1073/pnas.1005828107, 2010.

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