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Materialwissenschaft: Lotus-Effekt mit automatischer Wundheilung

LotuseffektLaden...
An superhydrophoben, also stark Wasser abweisenden Oberflächen perlen nicht nur Wassertropfen und Schmutzteilchen ab, sondern auch Seepocken und anderes Getier, das sich auf Schiffsrümpfen gerne ansiedelt und weder von Kapitän noch Reeder besonders geschätzt werden. Das macht diese Materialien nicht nur für schmutzresistente Alltagsgegenstände, sondern auch für das milliardenschwere Geschäft der Antifouling-Anstriche interessant.

Dem Nutzen solcher Beschichtungen steht momentan noch ein großer Nachteil entgegen: Sie sind sehr empfindlich gegen mechanische Schäden und Witterung und verlieren so sehr rasch ihre begehrten Eigenschaften. Mit einer Anleihe aus der Biologie haben Chemiker um Junqi Sun von der Jilin University in China eine Lösung dieses Problems vorgestellt. Ihre Beschichtung auf der Basis von fluorierten Kohlenwasserstoffen repariert sich selbst.

Das von den Forschern hergestellte Material löst das Problem mit einem hübschen Trick. Die wenige Mikrometer dicke Schicht ist porös und besteht aus vorfabrizierten Kunststoffpartikeln. Um die Schicht wasserabweisend zu machen, imprägnierten die Wissenschaftler sie durch Gasphasenabscheidung mit einem Fluoralkylsilan, das zusammen mit der rauen Oberflächenstruktur den Lotus-Effekt erzeugt.

Selbstheilend wird die Oberfläche, weil die Beschichtung nicht an der Oberfläche bleibt, sondern die Matrix durchdringt. Eine Beschädigung der Beschichtung führt zuerst einmal dazu, dass die Oberfläche ihre superhydrophobe Kraft verliert, doch nun kommt der Kunststoff der Matrix ins Spiel. Er besteht nämlich aus Polyelektrolyten, die durch Wasser aufquellen. Die dadurch entstehende wässrige Umgebung drängt die Wasser abweisenden fluorierten Moleküle an die Oberfläche der Beschichtung, wo sie die ursprünglichen Eigenschaften wiederherstellen.

Die Forscher testeten die Regenerationsfähigkeit der Beschichtung mit einem aggressiven Sauerstoffplasma, das nicht nur die Oberfläche abträgt, sondern durch chemische Reaktionen eine besonders Wasser anziehende Oberfläche erzeugen. Trotzdem dauerte es im Feldversuch nur wenige Stunden, bis die Oberfläche so Wasser abweisend wie vorher war. Dieser Prozess lässt sich nach Angaben der Forscher beliebig oft wiederholen. Erst wenn die Beschichtung vollständig abgetragen ist, muss sie erneuert werden. (lfi)
30. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 30. KW 2010

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  • Quellen
Sun, J. et al.: Bioinspired Self-Healing Superhydrophobic Coatings. In: Angewandte Chemie International Edition 10.1002/anie.201001258, 2010.

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