Laser lässt Wasser bergauf fließen

Dienstag, 16. März 2010, 20:37 • Rubrik Physik, Technik.

Nach der Bearbeitung mit einem Laser kann eine Siliziumoberfläche Wasser förmlich bergauf saugen. Das berichten zwei amerikanische Physiker im Fachblatt “Optics Express”. Indem sie mit intensiven Laserpulsen feine Rillen in die Oberfläche gravierten, wurde diese extrem gut benetzbar.

Foto: Richard Baker, University of Rochester

Das Phänomen dürfte auf einem massiven Kapillareffekt in den Furchen beruhen, vermuten Anatoliy Vorobyev und Chunlei Guo von der Universität Rochester. Ihrer Ansicht nach gibt es zahlreiche potenzielle Anwendungsmöglichkeiten für solche Oberflächen. Eine davon seien besonders leistungsfähige Kühler für Computerprozessoren.

Vorobyev und Guo beobachteten das Phänomen, nachdem sie ein Siliziumplättchen mit 65 Femtosekunden (Billiardstel Sekunden) kurzen Laserpulsen bearbeitet hatten. Mit den Pulsen sprengten die Forscher parallele Furchen mit einem Abstand von 0,1 Millimeter und einer Tiefe von rund 0,04 Millimetern in die Oberfläche. Ursprünglich silbrig glänzend, verfärbte sich diese tiefschwarz und wurde extrem attraktiv für Wassermoleküle.

Gaben die Forscher einen Tropfen Wasser auf die Oberfläche, breitete sich dieser schlagartig entlang der Furchen aus. Selbst wenn das Siliziumplättchen senkrecht stand, kletterte die Flüssigkeitsfront mit einer Geschwindigkeit von mehreren Zentimetern pro Sekunde gegen die Schwerkraft. Den gleichen Effekt beobachteten die Forscher mit Methanol und Aceton.

Die extrem gute Benetzbarkeit kommt nicht allein durch die Furchen zustande, lassen elektronenmikroskopische Aufnahmen vermuten. Demnach weist die Oberfläche in den Furchen zahllose feine Unebenheiten auf und sieht damit einem Blumenkohl nicht unähnlich. Diese Unebenheiten vergrößern die Oberfläche des Siliziums um ein Vielfaches und bieten den Flüssigkeitsmolekülen reichlich Gelegenheit zum Anlagern.

Forschung: Anatoliy Y. Vorobyev un Chunlei Guo, Institute of Optics, University of Rochester

Veröffentlichung Optics Express, Vol. 18(7), pp 6455-60, DOI 10.1364/OE.18.006455

WWW:
High-Intensity Femtosecond Laser Laboratory, University of Rochester
Oberflächenspannung, Grenzflächen und Benetzung
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