Materialforschung An dieser Oberfläche perlt alles ab

Forscher haben ein Material entwickelt, an dem sowohl Wasser als auch Öle abperlen. Das Kunststück gelang mithilfe mikroskopisch kleiner Nagelköpfe.

T. Liu/C.-J. Kim/UCLA/Department of Mechanical and Aerospace Engineering

Los Angeles - An diesem Material haftet nicht einmal die "nasseste" aller Flüssigkeiten: Mit speziellen Mikrostrukturen haben Forscher Materialien wie Quarze, Metalle und Kunststoffe extrem öl- und wasserabweisend gemacht. Sogar Perfluorhexan, das die niedrigste bekannte Oberflächenspannung aufweist, perle ab, berichten Chang-Jin Kim und Tingyi Liu von der University of California in Los Angeles in der Fachzeitschrift "Science".

Die Forscher kommen dabei ohne wasserabweisende Beschichtungen aus, die bei höheren Temperaturen Schaden nehmen können. Der Quarz mit den Mikrostrukturen hingegen bleibt den Wissenschaftlern zufolge flüssigkeitsabweisend, auch wenn er 1000 Grad Celsius ausgesetzt wird. Das Phänomen der minimalen Benetzung gibt es auch in der Natur - bekannt als Lotuseffekt. Auf den Blättern der gleichnamigen Pflanze sammelt sich Wasser in großen Tropfen.

Nägel als Puffer

Kim und Liu berechneten zunächst die beste Oberflächenstruktur. Sie sollte rau genug sein, um Flüssigkeiten abzuweisen, und, damit sie auch abperlen, eine möglichst geringe Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit und Feststoff bieten. Winzige Nägel mit flachen Köpfen kamen dieser Forderung schon nahe, doch erst senkrechte Überhänge an den Rändern der Nagelköpfe führten zum gewünschten Ergebnis.

Zunächst hatten die Nagelköpfe einen Durchmesser von 20 Mikrometern (Tausendstel Millimeter) und standen 100 Mikrometer auseinander. Das genügte, um ruhende Tropfen von Perfluorhexan abperlen zu lassen, nicht aber fallende Tropfen. Erst eine Verkleinerung der Strukturen auf 10 Mikrometer große Nagelköpfe im Abstand von 50 Mikrometern ließen die Tropfen vollständig abprallen. In beiden Fällen macht die Fläche der Nagelköpfe nur fünf Prozent der Oberfläche des Materials aus.

Witterungsbeständige Materialien

Das Ganze funktioniert aber nicht unter Wasser, denn zwischen den Nägeln bildet die Luft einen Puffer zwischen Flüssigkeit und festem Material. An der Grenze zwischen Luft und Flüssigkeit kommt die Oberflächenspannung zum Tragen, die bei Perfluorhexan jedoch nur die Flächen zwischen den Mikronagelköpfen überbrücken kann.

Um die Strukturen herzustellen, verwendeten Kim und Liu Ätzverfahren, wie sie auch bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen eingesetzt werden. Die Forscher testeten ihre Mikrostrukturen auch an anderen Feststoffen wie dem Metall Wolfram und Polymeren, mit ähnlichen Ergebnissen wie beim Quarz. Die polymerfreien Materialien seien zudem sehr witterungsbeständig und widerständen auch der Verschmutzung durch biologische Stoffe, heißt es in der Studie.

hda/dpa

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