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Donnerstag, 15 Juli 2021 09:00

Bioinispirierte Oberflächen

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Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten
Elektronenmikroskopische Aufnahme der Struktur der Blattoberfläche des Johannesbrotbaums Elektronenmikroskopische Aufnahme der Struktur der Blattoberfläche des Johannesbrotbaums

Technische Beschichtungen, an denen das Wasser in großen Tropfen abperlt, so dass sich die Oberflächen selbst reinigen können, haben ihr Vorbild in der Natur. Das bekannteste Beispiel sind die Blätter der Lotus-Pflanze. Den nach ihr benannten Lotus-Effekt versucht man schon seit Jahren künstlich nachzuahmen.

Dabei entstehen so genannte superhydrophobe Beschichtungen, die in vielen Nischenmärkten der Luft- und Raumfahrt, der Marine, des Bauwesens, der Automobilindustrie und der Biomedizin zum Einsatz kommen können. Von den unterschiedlichen Herangehensweisen hat sich das Abformen und die Schaffung von Imitationen der originalen Oberfläche (Replikas) als die einfachste Methode erwiesen.

Hier bereiten jedoch die mikroskopisch feinen Strukturen in Kombination mit der Oberflächenchemie der Blätter Probleme. Zudem scheitert der Abformprozess entweder an der Abbildung der mikroskopischen Strukturen oder an der Bildung von Replikas.

In einem internationalen Forschungsprojekt ist es der Arbeitsgruppe von Guido Kickelbick, Professor für Anorganische Festkörperchemie an der Universität des Saarlandes gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Portugal und Schweden nun gelungen, durch spezielle Polymerkombinationen die Oberflächen von Blättern des Johannisbrotbaums genauestens abzubilden.

Da die Oberfläche der Blätter mit einer Art Wachs beschichtet ist, das bereits bei niedrigen Temperaturen schmilzt, konnte kein geschmolzenes Polymer zur Abformung verwendet werden. Stattdessen kamen spezielle Silikone zum Einsatz, die bereits bei niedrigen Temperaturen aushärten. Dabei mussten die abgeformten Strukturen in Replikas abgebildet werden, ohne die vorhandene mikroskopische Textur der Johannisbrotbaum-Blätter zu beeinflussen. Dies konnte das Team erreichen, indem es die Haftungseigenschaften sowie mechanischen und weiteren Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe genauestens aufeinander abgestimmt hat. Dabei wird zunächst ein gut fließfähiges Silikon auf die Blätter aufgebracht. Dieses benetzt die feinsten Strukturen auf der Blattoberfläche. Nachdem das Silikon ausgehärtet ist, kann es von der Blattoberfläche abgezogen werden.

Originalpublikation: Langmuir 2021, 37, 6, 2011–2028
DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c02806

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 6
  • Jahr: 2021
  • Autoren: Dr. Stephan Reuter

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