Das Potenzial von nanotexturierten Oberflächen ans Tageslicht bringen
Es ist bekannt, dass flexible Materialien mechanische Energie absorbieren und mechanischen Beschädigungen widerstehen können. Die Flexibilität von Beschichtungen und Filmen unter Beibehaltung der Flüssigkeitsabweisung stellt jedoch nach wie vor eine wissenschaftliche und technologische Herausforderung dar. Das EU-finanzierte Projekt NICEDROPS beschäftigt sich mit diesem Problem. „Unser Ziel war es, hochpräzise, nanotexturierte Oberflächen mit kontrollierten nanomechanischen Eigenschaften zu entwickeln“, sagt Manish K. Tiwari, Royal-Society-Wolfson-Stipendiat und Professor für Nanotechnologie am University College London. „Wir wollten diese Oberflächen nutzen, um zu untersuchen, wie Nanotechnologie die Eisbildung verzögern kann, wie sie dem Aufprall von Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit widersteht und wie sie vor Abrieb und Korrosion schützt.“
Die Vorteile von Flexibilität
Eine der ersten Erkenntnisse aus dem Projekt war, dass durch elektrochemische Anodisierung eine Morphologiekontrolle im Nanomaßstab erreicht werden kann. Darüber hinaus kann dies mit umweltfreundlichen Elektrolyten und Ätzmitteln geschehen. Durch die rationelle Integration organischer Komponenten in selbstreplizierende flüssigkeitsabweisende Beschichtungen konnte das Projekt außerdem die Vorteile der Flexibilität hervorheben. „Wir haben gezeigt, dass wir durch den Einsatz flexibler Materialien die Robustheit von abweisenden Oberflächen verbessern können“, erklärt Tiwari. „Dies ist ein Prinzip, von dem natürliche Vorbilder für flüssigkeitsabweisende Oberflächen wie Schmetterlingsflügel und Pflanzenblätter ohne Zutun profitieren.“ Diese Entdeckung wurde nicht nur in „Nature Materials“ veröffentlicht, sondern von den Forschenden bereits für die Herstellung robuster Beschichtungen in einer Vielzahl von Materialien genutzt.
Metallorganische Gerüstverbindungen
Das Projekt, das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, konzentrierte sich auch auf metallorganische Gerüstverbindungen. Laut Tiwari können oberflächengewachsene metallorganische Gerüstverbindungen als nachhaltige, transparente und amphiphobe Beschichtungen verwendet werden. „Diese metallorganische Gerüstverbindungen ermöglichen es uns, die Verwendung von Per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) zu vermeiden, die bekanntermaßen erhebliche Gesundheits- und Umweltprobleme verursachen“, erläutert er. Die Forschenden wiesen auch nach, wie diese Oberflächen dem Aufprall von Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit widerstehen und eine geringe Eishaftung aufweisen, ganz zu schweigen von der Möglichkeit, Schadstoffe direkt aus der Luft zu absorbieren. „Wir sind der Meinung, dass diese PFAS-freien Oberflächen mit Nanopräzision ein ziemlich breites Anwendungsspektrum haben sollten“, fügt Tiwari hinzu.
Den Bereich der energieautarken Sensoren erforschen
Ein weiteres wichtiges Ergebnis war die Entwicklung eines Nanokompositmaterials, das gleichzeitig piezoelektrisch und piezokatalytisch ist und ohne Polung auskommt. „Diese selbstpolenden Folien haben uns in das Gebiet der energieautarken Sensoren eingeführt, das wir als spannendes neues Forschungsgebiet für unser Team betrachten“, bemerkt Tiwari. Die Forschenden haben sich bereits mit einer klinischen Fachkraft zusammengetan, um sensorgestützte Operationshandschuhe zu konzipieren, die sicherere Operationen ermöglichen könnten.
Neue Erkenntnisse, mehr Arbeit
Die im Rahmen des Projekts NICEDROPS durchgeführten Arbeiten haben das Potenzial von nanotexturierten Oberflächen zum Vorschein gebracht. „Ich hoffe, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft und die Gesellschaft von unseren Erkenntnissen über die Nutzung mechanischer Flexibilität für bessere und robustere Oberflächen sowie von unseren Ideen für PFAS-freie Nanobeschichtungen profitieren werden“, so Tiwari abschließend. „Vor allem aber hoffe ich, dass die Menschen diese Ansätze in Betracht ziehen, wenn sie über Beschichtungen nachdenken, die in rauen Umgebungen überleben und Stößen mit hoher Geschwindigkeit standhalten müssen.“ Die Forscherinnen und Forscher untersuchen derzeit die Möglichkeit, ein Spin-off-Unternehmen zu gründen, um PFAS-freie Nanobeschichtungen zu vermarkten.
Schlüsselbegriffe
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