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Mittwoch, 24.08.2016
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Laser macht Metalle super-abweisend

Nanostruktur lässt Wassertropfen abprallen und absorbiert Licht extrem effektiv

Neuartiger Schutz vor Korrosion und Schmutz: Mit Laserpulsen haben Forscher die Oberfläche von Metallen so verändert, dass sie superabweisend und selbstreinigend wird. Die eingebrannte Nanostruktur lässt Wasser und Schmutz abprallen und macht die Metalle noch dazu zu extrem effektiven Lichtabsorbern, wie die Forscher im Fachmagazin "Journal of Applied Physics" berichten. Das könnte Solarkollektoren, Sensoren und andere Metallgeräte haltbarer und effektiver machen.

Durch Laserpulse haben Forscher Metalle super-wasserabweisend, selbstreinigend und lichtabsorbierend gemacht


Bisher müssen viele Metalle durch nachträgliche Anstriche oder Beschichtungen geschützt werden, denn gerade der Kontakt mit Wasser führt zu Rost und Korrosion. Doch diese Beschichtungen halten oft nicht lange. Chunlei Guo von der University of Rochester und seine Kollegen haben daher nach Möglichkeiten gesucht, dem Metall selbst wasserabweisende Eigenschaften zu verleihen – und wurden fündig.

Laserpulse brennen Nanostruktur ein


In ihren Experimenten nutzten die Forscher extrem starke Laserpulse, um die Oberfläche von Titan, Platin und Messing mit einer Nanostruktur zu versehen. Die nur Femtosekunden anhaltenden Laserblitze erzeugten Mikrogruben, auf denen wiederum Nanostrukturen saßen. Durch diese Veränderung der Oberfläche wandelten sich die optischen und chemisch-physikalischen Eigenschaften der Metallflächen.

Strukturierte Oberfläche einer per Laser behandelten Platinprobe unter dem Raster-Elektronenmikroskop.

Strukturierte Oberfläche einer per Laser behandelten Platinprobe unter dem Raster-Elektronenmikroskop.

Die Nanostruktur ließ nun die Metalle samtschwarz erscheinen, weil ihre Lichtabsorption enorm gestiegen war. Gleichzeitig aber wurden sie extrem wasserabweisend: "Das Material ist so hydrophob, dass das Wasser geradezu abprallt", erklärt Guo. "Der Tropfen landet dann wieder auf der Oberfläche, prallt wieder ab und rollt dann einfach weg." Schon eine Neigung von nur fünf Prozent reicht aus, um Wassertropfen rückstandsfrei abperlen zu lassen. Zum Vergleich: Bei Teflon benötigt man eine Neigung von 70 Grad.


Selbstreinigend und superabweisend


"Dies ist das erste Mal, dass mittels Laser eine multifunktionelle Oberfläche erzeugt wird, die superhydrophob ist, enorm lichtabsorbierend und noch dazu selbstreinigend", so Guo. Denn ähnlich wie beim Lotuseffekt perlt das Wasser nicht nur ab, es nimmt auch alle Staub- und Schmutzpartikel mit, die sich auf der Oberfläche befinden.

Anwendungen für die neuen Metalloberflächen gäbe es einige, wie die Forscher erklären: So könnten sie überall eingesetzt werden, wo Sonnenlicht absorbiert werden soll, beispielweise bei Solarkollektoren oder Sensoren. Die superhydrophobe Oberfläche sorgt zudem dafür, dass Metallobjekte nicht rosten oder korrodieren, aber auch nicht vereisen. Selbst Schiffsrümpfe könnten vor dem Anlaufen und vor Bewuchs geschützt werden.

Noch allerdings muss die Technik erst so weiterentwickelt werden, dass sich auch größere Metallflächen effektiv und schnell bearbeiten lassen. Denn noch benötigt man rund eine Stunde, um ein nur wenige Quadratzentimeter großes Stück mit der Nanostruktur zu versehen. Die Forscher wollen zudem nach Möglichkeiten suchen, um auch Nichtmetalle mit solchen wasserabweisenden Nanostrukturen zu versehen. (Journal of Applied Physics, 2015; doi: 10.1063/1.4905616)
(American Institute of Physics/ University of Rochester, 21.01.2015 - NPO)
 
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