MINT 8. Klasse · Mikro- und Nanokosmos · 10–15 Minuten Präsentation
Worum geht es?
Geckos klettern kopfüber an glatten Glasscheiben – ohne Klebstoff, ohne Saugnäpfe, ohne Feuchtigkeit. Das Geheimnis steckt in ihren Zehen: Jede Zehe ist mit Millionen von winzigen Härchen (Setae) bedeckt, die an der Spitze nochmals in noch kleinere Nanohärchen (Spatulae) aufgefächert sind. Diese Nanostrukturen kommen dem Untergrund so nahe, dass schwache molekulare Kräfte – die Van-der-Waals-Kräfte – ausreichen, um das Tier zu halten. Was pro Haar winzig ist, addiert sich über Millionen Kontaktpunkte zu einer beachtlichen Haftung.
Lernziele
Hintergrundinformationen für die Präsentation
Van-der-Waals-Kräfte sind sehr schwache, kurzreichweitige Anziehungskräfte zwischen Atomen und Molekülen. Sie entstehen durch kurzzeitige Ladungsverschiebungen in Molekülen (Dipolmomente). Im Alltag spielen sie kaum eine Rolle, weil Oberflächen auf der Makroskala so rau sind, dass nur sehr wenige Punkte wirklich nahe genug beieinander sind. Die Nanostruktur des Gecko-Fusses löst dieses Problem: Die Spatulae sind so flexibel und fein, dass sie jede Unebenheit ausfüllen und massenhaft Nanokontakte herstellen. Der Gecko kann die Haftung übrigens aktiv ein- und ausschalten – durch den Winkel, in dem er die Setae anlegt. Beim Abheben zieht er sie einfach zurück, wodurch der Winkel die Haftung aufhebt.
Technisch werden «Gecko-inspirierte» Materialien erforscht: Silikon-Nanohärchen auf Klebestreifen, die sich immer wieder ablösen und neu haften lassen – ohne Klebemasse.
Experiment: Gecko-Tape testen
Variante A (falls Gecko-Tape / Silikonhaftband vorhanden): Klebt je einen Streifen auf Glas, Holz, Papier und Stoff. Zieht ihn sowohl senkrecht als auch flach ab. Spürt ihr einen Unterschied? Messt – wenn möglich – mit Gewichten oder Federwaage, wie gross die Haftkraft ist. Klebt mehrere Lagen übereinander: nimmt die Kraft zu?
Variante B (ohne Gecko-Tape): Klebt Haushaltspflaster auf verschiedene Oberflächen und vergleicht das Ablöseverhalten unter verschiedenen Winkeln. Erklärt das Richtungsabhängige anhand des Gecko-Modells.
Diskussion: Warum hält Gecko-Tape besonders gut bei flachem Abziehewinkel und verliert Haftung beim senkrechten Abziehen? (Hinweis: Der Winkel verändert die Anzahl aktiver Kontaktpunkte.)
Materialien
Gliederung der Präsentation
Fragen ans Publikum