11. September 2019

Hot seat: Dr. Nicolas Vogel

Drei Fragen an eine Person aus unserem Umfeld

Prof. Vogel, Sie sind seit 2014 am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen tätig. Was können wir uns denn unter diesem etwas sperrigen Begriff vorstellen und womit beschäftigen Sie sich?

An unserem Lehrstuhl beschäftigen wir uns mit der Untersuchung von Phänomenen, die an Oberflächen oder ganz allgemein an Grenzflächen zwischen zwei Phasen auftreten. Grenzflächen sind entscheidend für die Funktionen und Eigenschaften sehr vieler Produkte. Denken Sie nur an die entspiegelnden Eigenschaften von Brillengläsern oder die Teflonpfanne in Ihrer Küche, genauso bestimmen Grenzflächen Partikelnukleation und –wachstum in der chemischen Verfahrenstechnik.

In meiner Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns mit bioinspiriertem Design und nehmen die faszinierenden Eigenschaften der Natur zum Vorbild zur Entwicklung neuer Funktionsmaterialien. Auch hier sind Grenzflächen von entscheidender Bedeutung, zum Beispiel, wenn es darum geht selbstreinigende und schmutzabweisende Oberflächen herzustellen.

Hier kommt den Meisten wahrscheinlich sofort der Lotus-Effekt in den Sinn. Welche anderen Vorbilder finden Sie in der Natur besonders interessant?

Der Lotus-Effekt ist natürlich das Bilderbuchbeispiel für bioinspiriertes Design. Was viele aber nicht wissen ist, dass die abweisende Wirkung der Lotuspflanze auf Wasser beschränkt ist: Öle, Fette und biologische Medien wie Blut bleiben auch auf der Lotus-Oberfläche haften. Unser Vorbild ist die fleischfressende Kannenpflanze. Die Oberfläche dieser Pflanze wird bei Kontakt mit Wasser extrem glitschig. Bei Regen serviert sich die Pflanze praktischerweise selbst ein paar Häppchen: Ameisen verlieren auf ihrer Oberfläche den Halt und rutschen in den mit Verdauungssäften gefüllten Köcher. Basierenden auf diesem Prinzip haben wir Beschichtungen entwickelt, die verschiedenste Flüssigkeiten sehr effizient abweisen und sogar richtige Härtefälle wie beispielsweise Muschelbewuchs in den Griff bekommen. Anwendung finden diese Beschichtungen beispielsweise auch an Endoskopen, auf deren Oberfläche Verunreinigungen durch anhaftenden Schleim oder Blut bisher zu erheblichen Problemen geführt haben.

Weitere interessante Materialien stellen beispielsweise Schmetterlingsflügel oder die Panzer verschiedener Insekten dar. Diese weisen besonders schillernde und leuchtstarke Farben auf, die nicht auf Farbstoffen, sondern rein auf der Strukturierung der zugrundeliegenden Materialien basieren. Hierdurch sind diese Farben besonders widerstandfähig und bleichen auch bei starker Lichteinwirkung nicht aus.

Welche Herausforderungen stellen sich beim Design bioinspirierter Materialien?

Die Natur verfügt eigentlich nur über ein begrenztes Maß an Bausteinen, die sich aber sehr geschickt in hochkomplexe Strukturen zusammenlagern können. Im Labor versuchen wir diese Selbstorganisation nachzustellen. Wir verwenden dabei Kolloide als Bausteine. Die Kunst dabei ist die Wechselwirkungen zwischen diesen Bausteinen zu verstehen und einzustellen, um so die gewünschte Strukturbildung zu erreichen. Je nach Struktur der resultierenden Materialien können so unterschiedliche Eigenschaften realisiert werden. Mir persönlich gefällt diese Kombination aus fundamentalem Verständnis und anwendungsorientierten Fragestellungen.

 

Nicolas Vogel studierte in Mainz Chemie. Nach Promotion am Max-Plank-Institut für Polymerforschung und einem Postdoc-Aufenthalt an der Harvard University in Boston, ist Prof. Vogel seit 2014 am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg tätig.

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