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Exposé
Biology

University, School

Waldorfschule Bremen

Grade, Teacher, Year

2, 2017

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Ernst-Moritz-Arndt-Gymnasium

Knollstr. 143

49088 Osnabrück


Exposé im Seminarfach


Bionik

- 1. Semester -


Thema des Exposés:


Handy nach dem Vorbild der Mottenaugen


Verfasser: Angelika Schwab

Kursleiter: Frau Koenen

Kursnummer: SF 94

Schuljahr: 2017/2018

Abgabetermin: 19.11.2017


Inhaltverzeichnis


  1. 1.1.Einleitung


In meinem Exposé, im Seminarfach Bionik, mit dem Thema „Handy nach dem Vorbild der Mottenaugen “ befasse ich mich besonders mit der Struktur des Mottenauges und wie sie in der Bionik genutzt wird. Ich habe dieses Thema gewählt, da es zurzeit eine hohe Aktualität in der Smartphone-Nutzung hat gibt und auch ich auch selber ein Smartphone besitze.

Mir selber ist schon öfters aufgefallen, dass bei Sonnenschein auf vielen Smartphone-Displays kaum noch etwas erkennbar ist, da sie stark spiegeln. Jedenfalls viele von ihnen. Für uns ist Reflektion von Licht oft unerwünscht und in manchen Fällen auch nervtötend. Dazu war mir die Lösung bereits bekannt: Eeine Antireflexfolie für das Handy. Meine Neugierde wie diese Folie funktioniert und was diese Folie mit dem Mottenauge zu tun hat, wurde so geweckt.

Mithilfe der Informationen und den Erkenntnissen, die ich im Zuge der Recherche für diese Arbeit sammle, möchte ich mehr über die Funktion der Antireflexionsfolie erfahren und was das es mit einem Mottenauge zu tun hat.

Zuerst gebe ich in meiner Arbeit, in Kapitel 1, einen Überblick der der Motte im Allgemeinen. In Kapitel 2 gehe ich auf die Struktur des Mottenauges ein. In Kapitel 3 will ich erklären, wie eine Reflektion entsteht. Zum Schluss wird die Nutzung der Mottenaugenstruktur in der Technik, besonders das in Smartphones dargestellt und erklärt.


  1. 1.1.Motten 


Motten gehören zu Kleinschmetterlinge (Lepidoptera) und der Insektenfamilie. Es gibt weltweit ca.150.000 bekannte Mottenarten, von denen viele besonders nacht- und dämmerungsaktiv sind. Im Durchschnitt können Motten eine Größe von ca. 4 bis 30mm erreichen. Die Flügel, der Körper und die Beine von Motten sind mit Schuppen bedeckt. 1

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Der Sowie der Lebensraum kann dieals auch die Lebensweise kann je nach Mottenart individuell sein. Sie leben normalerweise in der Nähe von Nahrung, welche zum Beispiel Blätter und Blüten von Pflanzen, Früchte , Samen , Tierfutter wie Bienenwachs oder Fell , sein können .

Genau wie die Schmetterlinge durchlaufen auch Motten mehrere Entwicklungsstadien . Geschlechtsreife Falter können bis zu 100 Eier während der Brutzeit im Frühling bis Frühherbst legen. Diese legen sie besonders auf Futterquellen ab, aus denen dann die Larven in Form von gelb-weißlichen Raupen schlüpfen.

Der Entwicklungsprozess der Raupen ist sehr schnell . Sie selbst stellen dann ein Kokon her und reifen dort aus. Je nach Entwicklung und Umwelteinflüsse schlüpfen aus diesen die ausgewachsenen Falter. 2

Das Besondere an Motten sind ihre Augen, welche ich im Folgendem beschreiben werde.


    1. 2.1.Mottenaugenn sStruktur


Motten haben große Facettenaugen , die je nach Art aus wenigen bis zu 30.000 Einzelaugen zusammengesetzt sind, den sogenannten Ommatidien.3

Mit dieser Besonderheit kann sich die Motte im Dunkeln vor Fressfeinden verstecken ohne durch Reflexionen der Augen entdeckt zu werden. 4


5

Eine andere Besonderheit ist, dass auf derdie Chitinlinsen , der Oberfläche des Mottenauges, jeweils von einer entspiegelnden Struktur überzogen sind. Diese besteht zudem aus mikroskopisch kleinen periodisch angeordneten Noppen. Sie haben einen kleineren Abstand als eine Wellenlänge des Lichtes.

Die Anordnung und Nanogröße der Noppen sorgen für einen kontinuierlichen und gleitenden Übergang zwischen dem Brechungsindex der Luft und der der Hornhaut des Mottenauges, weil der Anteil der Luft am brechendem Medium nach außen gleichmäßig zunimmt. So wird die Lichtausbreitung nicht gestört und alle Lichtstrahlen können ohne Hindernis vollständig durch die Linse hindurch zur Sinneszellen der Mottenauge eindringen.


  1. 2.2 Wie entstehen Reflexion?

Reflexionen sind durch die Blendewirkung unter Umständen nicht nur störend , sondern sogar gefährlich. Diese sogenannte Reflexion entsteht beim Übergang elektromagnetischer Wellen zwischen Medien unterschiedlicher optischer Dichte.

Je unterschiedlicher der Brechungsindex und je flacher der Eintrittswinkel zwischen zwei Medien sindsind, desto mehr Strahlung prallt an der Grenzfläche ab, wodurch es zu einer höheren Reflexion kommt. Dieser Prozess lässt sich auch gut an Smartphones erklären, denn Luft und Glas besitzen einen stark unterschiedlichen Brechungsindex.

Glas hat einen höheren Brechungsindex im Gegensatz zu Luft., Es ist fest und damit optisch dichter ist, weshalb sich das Licht in diesem Medium langsamer ausbreitet in Glas. Wenn nun Lichtstrahlen auf eine glatte Glasoberfläche treffen, ändern sich die Bedingungen deshalb schlagartig.

Aus diesem Grund ist es schwierig bei Sonnenstrahlung auf Smartphones etwas zu lesen.wird die Lesbarkeit bei Smartphones bei Sonneneinstrahlen verschlechtert.

Um das zu vermeiden und zudem ein hohes Kontrastverhältnis der Bildschirme der Smartphone bei Sonnenlicht zu erreichen, wurde die Mottenaugenstruktur als Vorbild auf eine Beschichtung der Smartphones übertragen. Diese soll störende Lichtspieglungen reduzieren.

Die Beschichtung besteht genau wie das Mottenauge aus einer gleichmäßigen Struktur von ca. 100 Nanometer großen Noppen. 8


3.1 2.3. Ein Beispiel der Technischen Umsetzung

Zu Beginn des Verfahrens werden Polymere, eine lange Molekülkette, in Toluol gelöst und Goldsalze hinzugegeben. Dann wird man eine Linse in diese r Lösung getaucht, wodurch beladenen Polymerkügelchen an der Oberfläche dieser Linse hängen bleiben. Es bildet sich eine gleichmäßige Schicht aus Mizellen.

Zuletzt wird die Linse geätzt, wodurch die Partikel selbst durch den Prozess immer mehr und mehr verschwinden und unter ihnen winzige Säulen stehen bleiben, die eine ähnliche Struktur wie die Mottenaugen besitzen . Durch diese Struktur nimmt der Brechungsindex zwischen Luft und der Linse gleichmäßig zu, wodurch die Reflexion verringert wird.

Durch die kleine Größe der Säulen, wird ein Selbstreinigungseffekt der Linse erzeugt. Somit kann diese Technik zur Herabsetzung der die Reflexion auch durch dieses Verfahren auch bei Brillengläsern, Fensterscheiben oder Bildschirmen verringert eingesetzt werdenwerden. 9


Quellenverzeichnis


  1. The Editors of Encyclopædia Britannica, Moth. (12.10.2017)

  2. University of Michigan School of Education, University of Michigan Museum of Zoology, and the Detroit Public Schools, Butterfly and Moths. (12.10.2017)

(14.10.2017)

  1. Damir Beciri, Moth-eyes biomimicry may enhance X-ray imaging. (14.10.2017)

  2. Martina Rüter Bionik: flexible Antireflexions-Beschichtung nach dem Vorbild von Mottenaugen,

üter.de/text-fachtexte-naturwissenschaften/bionik/bionik-flexible-antireflexions-beschichtung-nach-dem-vorbild-von-mottenaugen/ (14.10.2017)

  1. Dipl.-Ing. Walther Glaubitt, Dipl.-Phys. Andreas Gombert, Dipl.-Chem. Dr. Klaus Rose, Dipl.-Chem. Dieter Sporn und Dipl.-Phys. Volker Wittwer, Spektrum der Wissenschaft 8 / 1997, Seite 20, Vom Mottenauge abgeschaut - ultrafeine Strukturen für die Entspiegelung. (18.10.2017)

  2. Nachrichtenquelle: Pressetext (News)Vorbild gegen Touchscreen-Spiegelung (28.10.2017)

  3. Theobald Lohmüller, Die Motte hat den Durchblick , (28.10.2017)


2 University of Michigan School of Education, University of Michigan Museum of Zoology, and the Detroit Public Schools, Butterfly and Moths. (12.10.2017)

3

4 WordPress & Corpo Theme, Kleidermotten , Lebensmittelmotten .Lebensmittelmotten.

(14.10.2017)


5 Damir Beciri, Moth-eyes biomimicry may enhance X-ray imaging. (14.10.2017)


6 Martina Rüter Bionik: flexible Antireflexions-Beschichtung nach dem Vorbild von Mottenaugen,

üter.de/text-fachtexte-naturwissenschaften/bionik/bionik-flexible-antireflexions-beschichtung-nach-dem-vorbild-von-mottenaugen/ (14.10.2017)


7 Dipl.-Ing. Walther Glaubitt, Dipl.-Phys. Andreas Gombert, Dipl.-Chem. Dr. Klaus Rose, Dipl.-Chem. Dieter Sporn und Dipl.-Phys. Volker Wittwer, Vom Mottenauge abgeschaut - ultrafeine Strukturen für die Entspiegelung. (18.10.2017)



9 Theobald Lohmüller, Die Motte hat den Durchblick , (28.10.2017)



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