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Beobachtung der Oberflächenbenetzung unter Wasser

Leica Mikroskope unterstützen Wissenschaftler bei der Untersuchung “selbstreinigender” Oberflächen

3D-Konfokalbild der Wasser-Luft-Grenzfläche unter einem Wassertropfen auf einer superhydrophoben Oberfläche. Das Substrat ist mit Gold überzogenes, mikrostrukturiertes Epoxid, das mit einer selbstaggregierenden Monoschicht aus Dodecanthiol modifiziert wurde.

Wissenschaftler haben ein Leica Konfokalmikroskop und Profilometer eingesetzt, um die Benetzungseigenschaften hydrophober (wasserabweisender) Oberflächen besser zu verstehen. Sie nahmen Bilder von Oberflächen auf, auf denen ein Wassertropfen aufgebracht worden war, um die Veränderung der Rauheit im zeitlichen Verlauf zu untersuchen. Damit wollen sie zur Entwicklung von Materialien mit selbstreinigenden Oberflächen für verschiedene Praxisanwendungen beitragen.

Wasserabweisende Oberflächen werden in der Natur oft von Pflanzen und Insekten dazu eingesetzt, sich sauber und frei von Ablagerungen zu halten und den Wasserverlust einzuschränken. Das lässt sich normalerweise dann beobachten, wenn Wasser auf der Oberfläche eines Materials Tropfen bildet. Beispiele dafür sind Wachs oder Kohlenwasserstoff-Polymere. Die Fähigkeit eines Materials, Wasser abzuweisen, wird als Hydrophobie bezeichnet. Superhydrophobe Oberflächen, wie die von Pflanzenblättern und Insekten-Exoskeletten, sind sehr stark wasserabweisend.

Selbstreinigende Oberflächen wären sehr praktisch für elektronische Geräte (Displays, Leiterplatten und Gehäuse), Fahrzeuge und Gebäude (Sitze, Möbel, Fenster und Wände) sowie Textilien (Bekleidung und Stoffe). Eine solche Technologie könnte dazu beitragen, Oberflächen frei von Verschmutzung zu halten und die Reinigung zu vereinfachen. Die Adhäsion von Staub und anderen Partikeln sowie Wasser, Öl und anderen Flüssigkeiten würde deutlich reduziert werden.

Superhydrophobie ist ein zentrales Thema der Forschungsgruppe von Prof. Boaz Pokroy am Technion Israel Institute of Technology. Die Forscher haben mit einem DCM Konfokalmikroskop/Profilometer erstmalig die Unterseite eines Wassertropfens auf einer hydrophoben Oberfläche an der Wasser-Luft-Grenzfläche dargestellt. Diese Bilddaten können zu einem besseren Verständnis der Grenzflächenbenetzung beitragen. Außerdem hat die Gruppe eine Reihe von Bildern einer dünnen Wachsschicht auf Gold mit einem darauf aufgebrachten Wassertropfen aufgenommen. Die Wachsschicht zeigte im Lauf der Zeit eine Veränderung der Oberflächenrauheit. Aufgrund von Spannungen in der Schicht, die zur Rekristallisation führten, verwandelte sich die Oberfläche im Laufe von Stunden von hydrophob in superhydrophob.

Vielleicht werden superhydrophobe Oberflächen eines Tages weite Verbreitung bei Tischen, Fenstern, Türen und sogar Kleidung finden. Superhydrophobe Oberflächen würden es deutlich einfacher machen, Dinge sauber zu halten.

 

 

 

Entlang der X-Dimension des Konfokalbildes der superhydrophoben Oberfläche gemessenes Linienprofil. Es handelt sich um das Profil der Wasser-Luft-Grenzfläche unterhalb des Wassertropfens auf der Substratoberfläche. Die Maximalhöhe des Profils ist durch den Wert Rt angegeben.