Überblick

Oberflächen mit Phobie

Die gezielte Mikrostrukturierung ermöglicht Oberflächen, die Wasser, Öle oder sogar fluorierte Kohlenwasserstoffe abweisen.

  • Hans-Jürgen Butt, Günter K. Auernhammer und Doris Vollmer
  • 02 / 2015 Seite: 25

Die Natur hat es vorgemacht: Oberflächen, die Wasser abweisen und so beispielsweise die Wärmeisola­tion bei Tieren gewährleisten. Für dieses superhydrophobe Verhalten ist die Mikrostruktur der Oberflächen entscheidend. Inzwischen sind sogar Oberflächen möglich, die neben Wasser auch unpolare Flüssigkeiten wie Öl abweisen und eine Fülle von Anwendungen versprechen.

Gibt man einen Tropfen Wasser auf Tierfell, Vogel­federn oder einen Insektenflügel, dann bildet der Tropfen nur eine kleine Kontaktfläche und perlt ab. Diese schlechte Benetzbarkeit ist für viele Tiere enorm wichtig, denn sie sorgt dafür, Luftpolster im Fell, den Federn oder Flügeln zu stabilisieren und auf diese Weise die lebenswichtige Wärmeisolation bzw. Flugfähigkeit zu erhalten [1 – 3]. Auch viele Pflanzen besitzen solche superhydrophoben Oberflächen, etwa die Lotus­blume. Ihre Blätter zeigen einen weiteren nützlichen Effekt, der super­hydro­phobe Oberflächen interessant für Anwendungen macht: die Selbstreinigung [4]. Regentropfen sammeln Staub und andere Partikel auf den Lotusblättern auf und rollen damit vom Blatt. Transparente selbstreinigende Beschichtungen wären z. B. für schwer zugängliche Fenster oder für Solarzellen auf Hausdächern interessant. Weitere potenzielle Anwendungen für superhydrophobe Oberflächen könnten darin bestehen, Vereisen zu verzögern oder Kondensation zu kontrollieren, etwa um Süßwasser zu gewinnen oder die Bildung von Biofilmen in Trink­wasser- oder Kühlsystemen (Biofouling) zu verhindern.

Um auf die Ursache des superhydrophoben Effekts eingehen zu können, müssen wir die wichtigste Beobachtungsgröße diskutieren: den Kontaktwinkel (Abb. 1). Dazu betrachtet man das Gleichgewicht der Kräfte an der Kontaktlinie zwischen fester Oberfläche, Tropfen und Luft (Dreiphasen-Kontaktlinie). Für eine idealisierte, d. h. glatte, inerte, harte Oberfläche, auf der sich eine Flüssigkeit befindet, ist der Kontakt­winkel gegeben durch die nach Thomas Young (1773 – 1829) benannte Gleichung ...

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