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Oberflächen: Öl und Wasser abweisende Beschichtung auf Rußbasis

LotuseffektLaden...

Deutsche Materialforscher haben eine transparente Beschichtung aus Silikat entwickelt, die sowohl Wasser als auch unpolare Lösungsmittel abweist. Das Material basiert auf gewöhnlichem Lampenruß, dessen Struktur als Gerüst für eine Silikatschicht dient, an deren Oberfläche sich wiederum fluorierte Kohlenwasserstoffe befinden. Wie das Team um Doris Vollmer vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung zeigte, ist die Beschichtung recht widerstandsfähig und verliert ihre besonderen Eigenschaften erst, wenn sie komplett abgetragen ist.

Superhydrophobe Oberflächen nach dem Vorbild des Lotusblattes werden von Wasser nicht benetzt, weil sich auf der strukturierten Oberfläche Luftpolster bilden. So hat der Wassertropfen nur mit einem kleinen Teil der Oberfläche Kontakt und rollt leicht ab. Mit unpolaren Lösungsmitteln jedoch funktioniert dieser Trick weniger gut – ein Grund ist, dass beim klassischen Lotuseffekt auch die Oberflächenspannung des Wassers eine große Rolle spielt. Bei organischen Lösungsmitteln ist die Oberflächenspannung geringer und die Flüssigkeit benetzt auch einfach strukturierte Oberflächen komplett.

Um dieses Problem zu umgehen, nutzten die Forscher einfachen Ruß. Ruß besteht aus einem lockeren Netzwerk von etwa 30 bis 40 Nanometer großen Kohlekügelchen, die eine fraktale Struktur bilden. Eine Rußschicht auf einem Glasträger ist schon ohne weitere Behandlung superhydrophob. Das feine Rußnetzwerk beschichteten die Forscher anschließend durch chemische Gasphasenabscheidung mit einer etwa 20 Nanometer dicken Silikatschicht, die sie bei 600 Grad im Ofen sinterten – dabei verbrannte der Ruß rückstandslos und hinterließ nur das transparente Silikat. Diese Oberfläche behandelte das Team mit einem teilweise fluorierten Silan, um die Wechselwirkung mit Lösungsmitteln zu reduzieren.

Von der fertigen Beschichtung rollt Wasser ebenso rückstandslos ab wie organische Lösungsmittel mit geringer Oberflächenspannung, die Oberfläche weist alle Arten von Flüssigkeit ab. Experimente mit Sand demonstrierten, dass die Beschichtung auch im beschädigten Zustand noch ihre Struktur und damit ihre Lösungsmittel abweisenden Eigenschaften bewahrt.

48. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 48. KW 2011

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  • Quellen
Science 10.1126/science.1207115, 2011

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