Mon May 20 2019

05 20

Zelfsmerend als een regenworm

13/11/2018

Door Ad Spijkers

Onderzoekers van het Leibniz-Institut für Neue Materialien hebben een materiaal ontwikkeld met een oppervlaktestructuur die zichzelf steeds van smeermiddel voorziet wanneer er druk op wordt uitgeoefend.


     

Regenwormen zijn altijd schoon, zelfs wanneer ze uit vochtige kleverige aarde komen. Dat danken ze aan een vuilafstotende en het glijden bevorderende smeerlaag, die steeds zichzelf opnieuw op hun huid vormt.

Onderzoekers van Leibniz-INM in Saarbrücken hebben dit systeem uit de natuur kunstmatig nagebouwd. Ze ontwikkelden een materiaal met een oppervlaktestructuur die zichzelf steeds van smeermiddel voorziet wanneer er druk op wordt uitgeoefend. Het aldus gesmeerde materiaal vermindert de wrijving en verhindert ook het aangroein van microben. De wetenschappers kunnen zich dan ook talrijke toepassingen in de industrie en biomedische techniek voorstellen.

Smering bij indrukken

De wetenschappers ontwikkelden een materiaal uit een zachte kunststof waarin zich druppeltjes siliconenolie als smeermiddel bevinden. Als ze druk uitoefenen op het materiaal veranderen de druppeltjes van vorm en diffunderen naar het oppervlak. De siliconenolie verdeelt zich dan gelijkmatig over het oppervlak tot een water- en vuilafstotende glijlaag. Wordt de druk verlaagd, dan vormen de druppeltjes zich weer. Bovendien kan de glijlaag ook worden weggehaald en vorm zich weer opnieuw wanneer druk op het materiaal inwerkt. Het reageert dus dynamisch op druk, net als een ademend systeem.

De oppervlaktestructuur van het nieuwe materiaal speelt eveneens een belangrijke rol. Ook hierbij hebben de onderzoekers zich laten inspireren door de regenworm. Diens huidoppervlak is niet glad maar ruw. Daarmee hebben de wetenschappers bij hun materiaal rekening gehouden en ze hebben het oppervlak opgeruwd. Juist door deze ruwheid kan een gelijkmatige smeerfilm worden gevormd en goed blijven hechten. Daarvan hangt af hoeveel het nieuwe materiaal de wrijving kan verlagen.

Oppervlak

De oppervlaktestructuur is echter ook van belang voor de duur van de smerende werking. De onderzoekers hebben de glijlaag op hun 'regenwormstructuren' vergeleken met een glijlaag op een glad oppervlak. De 'regenwormstructuren' doorstonden 10.000 wrijvingscycli, terwijl glijlagen op gladde strucuur slechts 300 wrijvingscycli halen. Juist deze combinatie van ruw oppervlak en smeermiddeldruppeltje in het materiaal maakt het nieuwe materiaal bijzonder.

Er zijn weliswaar al enkele structuren die de wrijving verminderen, waaronder structuren die zijn gemodelleerd op de werking van dierenhuiden. Ook systemen die zelf smeermiddelen laten vrijkomen zijn door onderzoekers bekeken. Deze functioneren echter tot nu toe alleen in een vloeibare omgeving.

De onderzoekers uit Saarbrücken presenteren voor het eerst een toepassing waarbij de wrijving in een vaste omgeving wordt verlaagd. Ze hebben zich daartoe laten inspireren door de regenworm omdat die door een gladde omgeving glijdt, namelijk aarde.

(foto: Iris Maurer)