Posted in: Chemie, Technik 17. Januar 2013 19:48 Weiter lesen →

Abperlen für Fortgeschrittene

Makroaufnahme zeigt Tropfen klarer Flüssigkeit auf silbrig schimmerndem Gewebe Eine Oberflächenbeschichtung, die praktisch jeder bekannten Flüssigkeit die kalte Schulter zeigt, haben amerikanische Chemiker entwickelt. Selbst reiner Alkohol wird von dem fluorhaltigen Silikonmaterial regelrecht auf Abstand gehalten, sodass er es nicht etwa benetzt, sondern kugelrunde Tropfen darauf bildet. Gegen konzentrierte Säuren und Laugen ist die Beschichtung ebenfalls gefeit.

Foto: TheBrockenInaGlory via Wikimedia.org (Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

„Als Resultat können die von uns entwickelten Oberflächen als wirksamer Schild gegen so gut wie alle flüssigen Chemikalien dienen“, folgern die Forscher um Anish Tuteja von der University of Michigan. Entsprechend reichten die denkbaren Anwendungen von unbeschmutzbarer Kleidung über atmungsaktive Schutzanzüge bis hin zu Schiffsrümpfen mit besonders geringem Strömungswiderstand, die gegen biologischen Bewuchs resistent seien.

Tuteja und Kollegen stellen ihre Beschichtung aus dem Silikonpolymer PDMS und ebenfalls siliziumhaltigem Silsesquioxan-Molekülen her. An letzteren hängen zudem mit Fluor gespickte Kohlenstoffketten, kurzen Teflon-Stacheln vergleichbar. Die Forscher überzogen Aluminiumplatten und Geflechte aus Edelstahldraht mit diesem Gemisch und ließen es aushärten.

Die fertige Beschichtung weist eine Oberfläche mit mikroskopisch kleinen Runzeln und Graten auf, berichtet die Gruppe im „Journal of the American Chemical Society“. Auf dieser Struktur bilden selbst Flüssigkeiten mit extrem niedriger Oberflächenspannung kugelrunde Tropfen, die auf den winzigen Unebenheiten liegen wie auf einem Nagelbett und bei der geringsten Schieflage abrollen. Aus geringer Höhe aufprallende Tropfen springen sogar mehrmals wie ein Flummi zurück, bevor sie zur Ruhe kommen. Durch die minimale Kontaktfläche widersteht die Beschichtung zudem rauchender Salzsäure und anderen aggressiven Flüssigkeiten.

Die minimale Benetzbarkeit gilt für jede der 60 getesteten Flüssigkeiten, berichten Tuteja und Kollegen – egal, ob sie wasser- oder fettliebenden Charakter haben und ob sie regulär fließen oder eher ein ketchupähnliches Fließverhalten an den Tag legen. Selbst Lösungen des Ausgangspolymers hält die Beschichtung auf Abstand, beobachteten die Forscher. Daher bezeichnen sie das Verhalten ihrer Beschichtung als „superomniphob“.

Forschung: Shuaijun Pan, Arun K. Kota und Anish Tuteja, Department of Materials Science and Engineering und Macromolecular Science and Enginering Program, University of Michigan, Ann Arbor; Joseph M. Mabry, Air Force Research Labortory, Edwards Air Force Base

Veröffentlichung Journal of the American Chemical Society, Vol. 135, pp 578–81, DOI 10.1021/ja310517s

WWW:
Polymers, Surfaces and Interfaces Group, University of Michigan
Oberflächenspannung, Grenzflächen und Benetzung
Molecule of the Week: Fluorodecyl POSS

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