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Materialwissenschaft: Selbstreinigende Oberfläche ohne Lotus-Effekt

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Die Blätter des Lotus stehen heute allerorten Modell für Oberflächen, die Wasser und Schmutz abweisen. Doch die Mikrostrukturen sind weder die einzige noch die beste Möglichkeit, diesen Effekt zu erzielen. Materialwissenschaftler um Joanna Aizenberg von der Harvard University haben jetzt eine selbstreinigende Oberfläche mit überlegenen Eigenschaften vorgestellt. Sie hat den Fangtrichter der Kannenpflanze zum Vorbild, die ebenfalls Mikrostrukturen aufweist. Diese jedoch dienen lediglich dazu, einen Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche zu fixieren, der die eigentliche Antihaftbeschichtung darstellt. Diese Funktion übernimmt in der künstlichen Oberfläche ein Film aus einem perfluorierten Lösungsmittel, das durch Adhäsion an eine poröse oder strukturierte Oberfläche gebunden ist.

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Selbstreinigende Oberfläche | Der in der porösen Oberfläche gebundene Flüssigkeitsfilm bewirkt, dass andere, mit ihm nicht mischbare Flüssigkeiten abgleiten. Dazu verwendeten die Forscher perfluorierte Lösungsmittel, die weder mit Öl noch mit Wasser mischbar sind.
Die so entstehende Oberfläche ist molekular glatt und selbstheilend – im Fall einer Beschädigung bildet sich der Flüssigkeitsfilm binnen kurzer Zeit neu. Das bislang unerprobte Wirkprinzip funktioniert auch unter Bedingungen, bei denen der Lotuseffekt versagt, zum Beispiel bei Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenenergie, bei komplexen Mischungen oder unter hohen Drücken. Die Forscher benutzen dazu Oberflächen mit perfluorierten Mikrostrukturen, die jedoch dienen lediglich dazu, die Flüssigkeit festzuhalten.

Aizenberg und Kollegen verwendeten einerseits eine Anordnung von wenige Mikrometer langen aufrecht stehenden Nanostäbchen, die mit Perfluoralkylsilanen beschichtet sind, in einem anderen versuch ein ungeordnetes Geflecht aus Teflonfasern. Beide Arten von Strukturen nehmen perfluorierte Lösungsmittel gut auf, Öl und Wasser dagegen nur sehr schlecht. In Versuchen zeigten sich die so behandelten Oberflächen nicht nur wasser- und ölabweisend, sondern ließen auch Lösungsmittel wie Hexan abperlen, die für konventionelle selbstreinigende Oberflächen ein großes Problem darstellen. Insbesondere die poröse Teflonbeschichtung lässt sich nach Angaben der Forscher einfach auf Oberflächen beliebiger Geometrie aufbringen. (lf)
38. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 38. KW 2011

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  • Quellen
Nature 10.1038/nature10447, 2011

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