Chloupky nepukalky jsou pro stavitele lodí vzorem  
Tým německých výzkumníků ze tří ústavů a jedné university (Bonu, Rostoku a Karlsruhe) publikoval v časopisu Advanced Materials podrobnosti o stavbě listu, který snižuje povrchové tření vody tak významně, že by jeho uplatnění mělo snížit lodím náklady na palivo o 10 %.

 

 

Zvětšit obrázek
List kapradiny nepukalka obtížná (Salvinia molesta). Kredit: M. H. Julien – CSIRO



 

Zvětšit obrázek
List lotosu vděčí za nesmáčivost chloupkům, které jsou velké jen jeden mikron.

Zvláštní tvary povrchů věcí dokážou divy.  Vlásky sestavené do kužele se chovají podle zákona „hůl do vody vhozená, jeví se býti zlomená“ a dělají předmět pro světlo o určité vlnové délce neviditelným. Velmi krátké chloupky zase propůjčí předmětu schopnost samočištění. Nynější objev se týká zvláštního tvaru chloupků, jaký má jedna z vodních kapradin - nepukalka obtížná (Salvinia molesta). Její listy jsou extrémně hydrofobní. Když je ponoříte a pustíte, bleskurychle vyplavou na hladinu a zůstanou při tom suché. Stejně tak když jí skrápíte vodou, její povrch nedá kapkám vody šanci na listech ulpět.

 

Příroda obdařila rostlinu povrchem, který ve skutečnosti nemá nikdy šanci být mokrý. Vděčí za to vrstvičce vzduchu, kterou je rostlina schopna si za všech okolností udržet. Její list se nesmočí ani když ho necháte pod vodou týden. Vědci takový povrch nazvali „superhydrofobní“ a jde o vlastnost, kterou by šlo využít v celé řadě odvětví. Od rychle schnoucích plavek až po zaoceánské lodě.

 

Vodoodpudivost lotosového květu známe již dvacet let. Ne nadarmo je Budha zobrazován jak sedí na lotosovém květu. Je v tom symbolika – ačkoli květ vyrůstá z bahna a špíny, zůstává ztělesněním čistoty. Stejně jej vnímají Indové a stejnou symboliku měla rostlina i u starých Egypťanů.

Zvětšit obrázek
Ne všechny nepukalky mají povrch supernesmáčivý. Ta nejmenší (Salvinia minima) má například konce chloupků roztřepené.

Teprve až mikroskop ukázal, že by to mohlo mít souvislost s nesmáčivostí a samočistícími schopnostmi, které povrchu rostliny zajišťují její chloupky.

 

Zvětšit obrázek
Hydrofobní vlásky zadržují vzduchový polštářek okolo celého listu. Hydrofilní konce těchto vlásků vytvářejí jakési záplaty zabraňující úniku vzduchové košilky. (Kredit: University of Bonn.)

Vlastně ani nejde o chloupky ale jen o krátké výčnělky velké zhruba jeden mikron. Na těchto hrbolcích jsou šupinky vosku ve formě řetězců dlouhých miliontiny milimetru. Když začne na takový povrch padat rosa, usazuje se ve formě kapiček, které se slévají. Jakmile jejich vrstvička stoupne a dotkne se vrcholků hrbolků s vodu odpuzujícími voskovými šupinkami, kapalina z listu rychle odteče. V tom je princip samočisticích skel automobilů.

 


Dříve od přírody odkoukané hydrofobní povrchy, včetně toho, jaký má i náš květ lotosu, mají jednu slabost - udrží si svou hydrofobní schopnost v tekoucí vodě jen velmi krátce. V nejlepších případech se jedná o několik hodin. Nyní němečtí vědci přišli na způsob, jakým své výjimečně dlouhodobé odpuzování vody zajišťuje kapradina nepukalka. Jejím trikem je „košilka vysoce odolné vrstvičky vzduchu“. To že povrch listů rostliny je z chloupků a odpuzuje vodu a je hydrofobní, je známo několik let. Je to ale jen část pravdy o této rostlině. Skutečnost je taková, že povrch listu není tvořen obyčejnými špičatými chloupky, nýbrž chloupky ve tvaru metličky. Tvarem připomíná kuchyňskou metlu na šlehání vaječného bílku.

 

 

Zvětšit obrázek
Nepukalky dokážou být pěkně vlezlé. Jezero Moondarra, Australie (Kredit P. Room)

Pozoruhodné je, že chloupky na konci metliček nejsou hydrofobní, ale hydrofilní - milují vodu. Profesor Wilhelm Barthlott z University v Bonnu vysvětluje funkci těchto chloupků slovy "Kapalina obtéká list pokrytý vzduchovou vrstvou s hydrofilními chloupky hladce a opouští jeho povrch v pravidelných intervalech.“

 

Zvětšit obrázek
Pro lodi typu Emma Maersk s motorem o výkonu 109 tisíc koní (tedy přes 80 MW) by imitace listů kapradiny nalepené na trup lodi měly přinést obrovské úspory.

Zatímco pro „starší“ typ nesmáčivých povrchů se vžilo označení „lotosový květ“, pro superhydrofobní povrch na principu listů nepukalky se začíná razit termín salvinia efekt. Podle vědců by jeho použití na trupu lodi mohlo ušetřit až deset procent paliva a to u gigantů křižujících oceány už něco znamená. Jedna obří nákladní loď zatíží životní prostředí více než 50 milionů osobních automobilů. Pouhých patnáct největších lodí tak vyprodukuje více nežádoucích látek než všech 760 milionů aut na světě. Jakou mají technici šanci dotáhnout celý projekt do zdárného konce, těžko říci. V každém případě jde o zajímavost z rostlinné říše a tak je také tento článek potřeba brát.

 


Prameny:
University of Bonn.

The Salvinia Paradox: Superhydrophobic Surfaces with Hydrophilic Pins for Air Retention Under Water. Advanced Materials, 2010; DOI: 10.1002/adma.200904411


 

Autor: Josef Pazdera
Datum: 06.05.2010 06:00
Tisk článku

Technologie III - Král Pavel, Uhlíř Alois
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 275 Kč
cena: 261 Kč
Technologie III
Král Pavel, Uhlíř Alois

Diskuze:

Tyhle teorie

Tomáš Bartoň,2010-05-06 07:39:13

o užití (v tomto případě pro lodě) mají nejméně jednu závažnou slabinu. Moře není jen slaná voda a tyhle povrchy se velmi rychle zanesou planktonem takže přestanou fungovat. Podobných nápadů (které kupříkladu kopírovaly žraločí kůži a snižovaly tření pomocí mikrovírů) už tu bylo povícero, ale všechny nakonec skončily ve vitrínách teorie případně u špičkových závodních speciálů, které si mohou dovolit po každé plavbě nákladné mikročištění svého mikropovrchu.

Odpovědět


cistenie

Roman Rodak,2010-05-06 11:03:21

neviem ci bol ten clanok tu na oslovi, alebo na NS, ale pisalo sa v nom o (dalsom) prevratnom povrchu, ktory odolaval podobnym morskym havediam a tiez mal setrit znacne mnozstvo paliva prave kvoli tomu, ze trup obrasteny roznymi rastlinkami a zvieratkami sposoboval znacne vyssie trenie oproti obycajnemu hladkemu trupu.
(ale to je v priamom rozpore s mojou osobnou skusenostou s tymi hnusnymi slizkymi zelenymi povlakmi ktore rastu na vsetkom co je vo vode a prisahal by som ze sa smykaju minimalne tak dobre ako lad...)

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni