Laserbeschuss macht Metall wasserabweisend
Ein ultrakurzer Laserimpuls reicht aus, um eine Metalloberfläche wasserabweisend zu machen. Das haben US-Forscher der University of Rochester bewiesen – mit finanzieller Unterstützung der Bill und Melinda Gates Stiftung. Für das Wundermaterial gibt es ein Füllhorn denkbarer Anwendungen.
Mit Laserimpulsen haben Forscher Metalle super-wasserabweisend, selbstreinigend und lichtabsorbierend gemacht. Nun wollen sie untersuchen, ob sich auch andere Materialien wie Glas derart behandeln lassen.
Foto: University of Rochester/Adam Fenster
Eine Hand lässt einen Wassertropfen von einer Pipette fallen. Der Tropfen fällt herab, breitet sich auf der Metallplatte zu einem Oval aus. Plötzlich zieht er sich wieder zusammen, hüpft in die Luft und fällt nach unten. Professor Chunlei Guo von der Universität of Rochester hat gemeinsam mit Kollegen ein extrem wasserabweisendes, ein superhydrophobes Metall geschaffen. „Das Material ist so hydrophob, dass das Wasser geradezu abprallt“, erklärt Guo. „Der Tropfen landet dann wieder auf der Oberfläche, prallt wieder ab und rollt dann einfach weg.“
Es ist nicht etwa eine neue Wunderschicht, die Guo erfunden hat. Guo hat mit Laserbeschuss die Oberfläche des Metalls selbst verändert. Die Forscher haben die Oberfläche von Titan, Platin und Messing mit starken Laserpulsen traktiert. Diese Laserblitze sind extrem kurz, nur Femtosekunden lang, aber äußerst energiereich. Das Laserlicht, welches sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, legt innerhalb einer solchen Femtosekunde nur eine Strecke von 0,3 Mikrometern zurück – das ist hundertmal weniger als der Durchmesser eines menschlichen Haares.
Laserbeschuss verändert Metalloberfläche
Der Beschuss mit diesem energiereichen Femtosekunden-Laserlicht erzeugt auf der Metalloberfläche Mikrogruben, auf denen wiederum Nanostrukturen sitzen. Und dadurch wandeln sich die optischen und chemisch-physikalischen Eigenschaften der Metallflächen. Plötzlich erscheinen die Metalle samtschwarz, weil ihre Lichtabsorption enorm gestiegen ist. Und sie sind wasserabweisend. Bei diesen modifizierten Metalloberflächen reicht eine Neigung von nur fünf Grad aus, um die Wassertropfen rückstandsfrei abperlen zu lassen. Beim bekannten Teflon muss die Neigung 70 Grad betragen, damit das Wasser rückstandsfrei abfließt.
Strukturierte Oberfläche einer per Laser behandelten Platinprobe unter dem Raster-Elektronenmikroskop.
Quelle: University of Rochester/Guo Lab
„Dies ist das erste Mal, dass mittels Laser eine multifunktionelle Oberfläche erzeugt wird, die superhydrophob ist, enorm lichtabsorbierend und noch dazu selbstreinigend“, berichtet Chunlei Guo. Denn das Wasser perlt nicht nur ab, es nimmt praktischerweise auch alle Staub- und Schmutzpartikel mit, die sich auf der Oberfläche befinden. Das haben Guo und sein Team mit Staub aus dem Staubsaugerbeutel getestet. Ein Dutzend Wassertropfen reichte aus, um diesen vollständig zu entfernen.
Selbstreinigende Sonnenkollektoren denkbar
Mit diesem Material sind selbstreinigende Sonnenkollektoren vorstellbar. Trifft Wasser auf die Oberfläche, nimmt es allen Schmutz darauf gleich mit. In Ländern mit wenig Regen könnte das Auffangen des kostbaren Wassers wesentlich effizienter werden. Latrinen, die aus einem solchen Material bestehen, sind auch dann noch hygienisch, wenn kein Wasser zum Nachspülen zur Verfügung steht. Genau deshalb hat die Bill und Melinda Gates Stiftung die Arbeit der Forscher mitfinanziert.
Es gibt für ein solches Material auch ein gigantisches Füllhorn denkbare industrieller Anwendungen. Beispiel Luftfahrt: Auf Tragflächen, die eine solche wasserabweisende Oberfläche haben, kann sich kein Wasser sammeln. Dadurch können diese auch nicht mehr vereisen, was in der Luftfahrtindustrie ein Riesenproblem darstellt. Und: Metalloberflächen, die alles Wasser einfach abschütteln, können nicht rosten. Der Wermutstropfen: Massentauglich ist das Verfahren aus Rochester noch nicht. Es dauert derzeit eine volle Stunde, um ein Metallstück von 2,5 mal 2,5 Zentimetern Größe in ein wasserabweisendes Wunder zu verwandeln.
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