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Oberflächenbeschichtung Omniphobe Beschichtung weist Wasser wie auch Öl ab

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Amerikanische Wissenschaftler haben einen neuen Ansatz für transparente schmutzabweisende Beschichtungen vorgestellt, die sich besonders einfach und rasch auftragen lassen. Durch ihre Omniphobizität weisen sie sowohl Wasser als auch ölige Flüssigkeiten ab und sind auch bei höheren Drücken und Temperaturen stabil.

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Unter dem katalytischen Einfluss der Schwefelsäure wachsen Polydimethylsiloxan (PDMS)-Ketten auf, die fest auf der Oberfläche verankert sind.
Unter dem katalytischen Einfluss der Schwefelsäure wachsen Polydimethylsiloxan (PDMS)-Ketten auf, die fest auf der Oberfläche verankert sind.
(Bild: Wiley-VCH)

Weinheim – Oberflächen, auf denen weder Schmutz noch Graffiti haften, die leicht zu reinigen sind und von denen Flüssigkeiten einfach abperlen, wie bei der viel zitierten Lotus-Blume, stehen weit oben auf der Wunschliste von Technik und Wissenschaft. Liming Wang und Thomas J. McCarthy von der University of Massachusetts in den USA haben jetzt eine einfache Methode entwickelt, um solche sogenannten Socal-Oberflächen (Socal: slippery omniphobic covalently attached liquid) herzustellen.

An flüssigkeitsabweisenden Oberflächen wird schon seit Jahrzehnten geforscht, jedoch ohne durchschlagenden Erfolg. Die ersten Ansätze waren Beschichtungen mit Fluorpolymeren (z.B. Teflon) und Silikonen. In jüngerer Vergangenheit wurde dann versucht, die mikro- und nanostrukturierten Oberflächen der Natur nachzuahmen. Bei höherem Druck, etwa mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Tropfen, können Flüssigkeiten jedoch in die Vertiefungen eindringen.

Ölige Rückstände sind dann oft kaum zu entfernen. Außerdem verkratzen derartige Oberflächen leicht und Mikroorganismen können aufwachsen. Eine weitere Methode, bei der flexible Ketten auf glatte Oberflächen gebunden werden und sich dann wie eine Flüssigkeit verhalten, ist bisher nur sehr aufwendig umzusetzen.

Beschichtung innerhalb von Minuten aktiv

Mit den Socal-Oberflächen werden innerhalb von Minuten Glasobjektträger beschichtet: Einfach in eine Lösung tauchen, trocknen lassen und abspülen – fertig ist eine omniphobe Beschichtung, d.h. die jede Art von Flüssigkeit abweist. Die Lösung enthält ein Siloxan-Monomer (Me2Si(OMe)2) und Schwefelsäure in Isopropanol.

Beim Eintauchen bildet sich ein feiner Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche, der aber erst während des Trocknens polymerisiert: Unter dem katalytischen Einfluss der Schwefelsäure wachsen Polydimethylsiloxan (PDMS)-Ketten auf, die fest auf der Oberfläche verankert sind. PDMS ist ein bioverträgliches Silikonöl, das auch in der Medizin Anwendung findet.

Abweisung bei minimalen Neigungswinkel

Die Beschichtung ist sehr homogen, was wichtig für die Omniphobizität ist. Wässrige, aber auch organische Flüssigkeiten rollen von einem so beschichteten Objektträger bereits bei einem minimalen Neigungswinkel ab, ohne eine Spur zu hinterlassen. Die PDMS-Ketten sind beweglich wie in einer Flüssigkeit. Bereits geringste Bewegungen der Ketten reichen aus, um einem rollenden Tropfen jeden Widerstand aus dem Weg zu räumen. Hexan etwa gleitet bereits bei 1° Neigung ab, obwohl dessen Oberflächenspannung geringer ist als die des PDMS.

Die Beschichtungen sind transparent, thermisch stabil und robust. Ihre omniphoben Eigenschaften sind auch noch nach einem Jahr Lagerung erhalten. Dank der einfachen Herstellung ist eine Anwendung im technischen Maßstab denkbar. Eine genaue Beschreibung des Forschungsansatzes haben die Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.

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