Neue Generation hochleistungsfähiger Antihaftbeschichtungen

Mit sogenannten superhydrophoben Beschichtungen könnten Oberflächen künftig in hohem Maße wasserabweisend, sauber und bakterienfrei bleiben. Ein neues Forschungsvorhaben macht sich dieses Potenzial zunutze, um demnächst wasserabweisende, langlebige Materialien auf den Markt zu bringen.

Industrielle Technologien

Superhydrophobe Oberflächen sind stark wasserabweisend. „Durch den hohen Abperleffekt bleibt die Oberfläche trocken und sauber, beschlägt nicht, bildet keine Eisschicht und verhindert das Anhaften von Bakterien und anderen pathogenen Keimen“, erklärt Robin Ras, Professor für Physik der weichen Materie an der Aalto-Universität, Finnland. Damit eignen sich superhydrophobe Materialien für verschiedenste Anwendungen etwa in der Luft-, Raumfahrt- und militärischen Verteidigungstechnik, Automobilindustrie und Biomedizin sowie im Maschinenbau und Textilsektor. Schwachstellen? „Superhydrophobe Beschichtungen sind anfällig für mechanische Beschädigung, sodass sie für viele dieser Anwendungen nicht haltbar und robust genug sind“, sagt Ras. Diesen Herausforderungen wollte sich Ras stellen und entwickelte, unterstützt durch das EU-finanzierte Projekt SuperRepel, eine neue Generation hochleistungsfähiger Antihaftbeschichtungen.

Preisgekrönte Technologie

Für Oberflächen dieser Art mussten zunächst technologische Konzepte zur Herstellung entsprechender Materialien entwickelt werden. „Im ersten Schritt entwickelten wir mehrere rasterkraftmikroskopische Verfahren, mit denen heterogenes Benetzungsverhalten visualisiert und gescannt und die Reibung von Tropfen und Adhäsionskräften im Nanonewtonbereich gemessen werden kann“, erklärt er. Eine solche Technologie ist etwa das Rasterkraft-Tröpfchen-Adhäsionsmikroskop, dessen herausragende wissenschaftliche und messtechnische Leistung mit dem Anton-Paar-Forschungspreis gewürdigt wurde.

Armierte superhydrophobe Beschichtungen

Das wichtigste Projektergebnis ist laut Ras die Entwicklung von technischen Oberflächen und neuen Messmethoden für Benetzungsdefekte und Benetzungseigenschaften. „In Zusammenarbeit mit der University of Electronic Science and Technology of China (UESTC) stellten wir sogenannte armierte superhydrophobe Oberflächen mit bislang längster Haltbarkeit und stärkstem Abperleffekt her“, führt er weiter aus. Das Projekt lieferte auch neue Erkenntnisse zu molekularen Effekten von Benetzung und Abperleffekt, die laut Ras die Grundlage für die künftige Erzeugung extrem wasserabweisender Oberflächen bilden werden. „Mit den wichtigen Erkenntnissen im Bereich Benetzungsforschung, die mir das Projekt ermöglichte, bin ich höchst zufrieden“, fügt er hinzu. Eine unerwartete Entdeckung war etwa, dass sich Tropfen viskoser Flüssigkeiten in superhydrophoben Kapillaren schneller bewegen als Wassertropfen, „was aus wissenschaftlicher Sicht hochinteressant ist, insbesondere für künftige Anwendungen in der Mikrofluidik“, ist Ras überzeugt.

Unerwartete Hürden auf dem Weg zum Ziel

Wie bei den meisten Forschungsvorhaben waren auch hier Hindernisse auszuräumen, um das Projektziel zu erreichen, etwa bei den Forschungen an einem neuen Dampfabscheidungsverfahren zur Herstellung wasserabweisender Beschichtungen. „Trotz der langen Verzögerungen beim Start erreichten wir unser Ziel, und unsere Ergebnisse sind ein großer Erfolg“, so Ras. „Ich bin überzeugt, dass wir mit diesem Abscheidungsverfahren die Entwicklung neuer Antihaftbeschichtungen noch optimieren können.“

Wasserabweisende, langlebige Materialien: auf dem Weg zur Markteinführung

Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt SuperRepel unter Leitung von Ras und seiner Arbeitsgruppe schuf die Grundlagen für eine neue Generation dauerhaft wasserabweisender Beschichtungen. „Durch ihr enormes Potenzial steht die baldige Markteinführung dieser langlebigen superhydrophoben Oberflächen in Aussicht“, schließt Ras. So plant Ras nun die Kommerzialisierung einiger im Projekt entwickelter wasserabweisender haltbarer Materialien für Mikrostrukturierungstechnologien.