Welches ist die optimale Oberfläche zur Reduzierung des Reibungswiderstands?
Ein neuer Übersichtsartikel gibt einen Überblick über verschiedene Arten von bioinspirierten Oberflächen zur Widerstandsreduzierung und deren Nutzbarkeit für praktische Anwendungen.
Der Mensch lernt von Lebewesen in der Natur und ahmt sie nach, um Herausforderungen im täglichen Leben zu lösen. So hat die Verwendung von bioinspirierten Oberflächen zur Verringerung des Reibungswiderstands in den letzten Jahren aufgrund ihrer wichtigen Anwendungen in vielen Bereichen, wie z. B. in Rohrleitungssystemen und im Seeverkehr, große Beachtung gefunden.
Eine neue Arbeit stellt einige typische Pflanzen und Tiere mit widerstandsarmen Oberflächen vor, die in der Natur vorkommen, und konzentriert sich dabei auf deren Muster zur Widerstandsreduzierung. Es gibt zwei Hauptmechanismen, um zu erklären, wie Oberflächen den Reibungswiderstand reduzieren, wobei der eine darin besteht, eine geeignete Oberflächengeometrie zu entwerfen, um die Strömungsverteilung der umgebenden Flüssigkeit zu verändern, und der andere darin, eine reibungsarme Schmierschicht (normalerweise Luft oder ungiftiges Silikonöl) einzuführen, um die Fest-Flüssig-Grenzfläche teilweise oder vollständig zu ersetzen.
Widerstandsreduzierung stark verbessert
Indem man diese Organismen nachahmt, wurden einige Oberflächen hergestellt, um den Reibungswiderstand zu reduzieren, einschließlich Riblets, superhydrophobe Oberflächen und glatte, mit Flüssigkeit durchtränkte poröse Oberflächen. Mit der zunehmenden Forschung an widerstandsreduzierenden Oberflächen hat sich die Widerstandsreduzierung verschiedener Oberflächendesigns in den letzten Jahren stark verbessert.
Die Übersicht bietet einen ganzheitlichen Überblick, der einen direkten Vergleich zwischen diesen Oberflächentypen ermöglicht. Um eine optimale Oberfläche für die Reduzierung des Reibungswiderstands in praktischen Anwendungen auszuwählen, werden die Vorzüge und Unzulänglichkeiten verschiedener Oberflächendesigns analysiert und verglichen. Abschließend werden, basierend auf den aktuellen Herausforderungen, einige Zukunftsperspektiven für die Anwendung von bioinspirierten Oberflächen zur Widerstandsreduktion aufgezeigt.
Der Artikel wurde in Nanoscale, Issue 6, 2021 veröffentlicht.