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Materialwissenschaft: Neue Beschichtung hält Metalle eisfrei

Aluminium mit und ohne Antifrost-BeschichtungLaden...

Nicht nur Lotusblätter dienen Materialwissenschaftlern als Vorbild für selbstreinigende Oberflächen, sondern beispielsweise auch die Fangtrichter der Kannenpflanze. Nun gelang es Wissenschaftlern um Philseok Kim von der Harvard University in Cambridge, US-Bundesstaat Massachusetts, mit Hilfe einer so inspirierten Beschichtung verschiedene Metalloberflächen frei von Eis und Frost zu halten. Die neue Technik könnte beispielsweise in Kühlsystemen, Windkraftanlagen, Flugzeugen oder Schiffen zum Einsatz kommen.

Aluminium mit und ohne Antifrost-BeschichtungLaden...
Aluminium mit und ohne Antifrostbeschichtung | Die Forscher statteten Kühlrippen aus Aluminium mit der neuen Beschichtung aus. Nachdem sie die Proben auf minus 10 Grad Celsius abgekühlt hatten, wärmten sie diese wieder auf plus 25 Grad Celsius auf. Die Luftfeuchtigkeit betrug dabei rund 60 Prozent.

Die neuartige Beschichtung basiert auf einem Flüssigkeitsfilm, der auf den Metallen liegt und so eine ultraglatte Oberfläche erzeugt. Gleichzeitig ist die Flüssigkeit so gewählt, dass sie sich nicht mit Wasser vermischt. Auf diese Weise gleiten – nur angetrieben durch die Schwerkraft – Wassertropfen, Kondenswasser, Frost und Eis selbstständig davon ab. Damit die Flüssigkeit auf dem Metall haftet, beschichteten die Wissenschaftler dieses mit einem porösen Material. In ihren Experimenten verwendeten Kim und seine Kollegen hierfür nanostrukturiertes Polypyrrol, ein leitfähiges Polymer, und überzogen damit beispielhaft Aluminium. Im Praxistest trotze die neue Beschichtung dem Frost wesentlich effizienter und für eine längere Zeit als bisherige Ansätze, berichten die Forscher. So verhindere sie die Eisbildung bei Temperaturen knapp unter null Grad Celsius vollständig, indem kondensierte Feuchtigkeit einfach abrutsche, und reduziere das Ansetzen und Anhaften von Eis bei tieferen Temperaturen drastisch.

Zudem funktioniere das Prinzip sowohl unter hoher Luftfeuchtigkeit als auch unter extremem Druck. Das unterscheide die neue Beschichtung von Eis abweisenden Oberflächen nach Vorbild des Lotuseffekts, die bei hoher Luftfeuchtigkeit versagen, schreibt das Team um Kim. Im September 2011 hatte die Forschergruppe bereits eine Beschichtung nach demselben Prinzip vorgestellt, allerdings auf polymeren und nicht auf metallischen Oberflächen.

Die neue Studie würde nun den Anwendungsbereich des neuen Oberflächentyps namens SLIPS (Slippery Liquid Infused Porous Surfaces) deutlich erweitern, meinen die Wissenschaftler. So könnten in Zukunft etwa Dächer, Straßenschilder oder Windturbinen praktisch ohne Aufwand eisfrei gehalten werden. Das sollte nicht nur die Sicherheit verbessern, sondern auch Energie einsparen.

24. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 24. KW 2012

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