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Transparent und abriebfest

Forscher entwickeln neuen Werkstoff mit Lotuseffekt

Den berühmten Lotuseffekt, bei dem Flüssigkeitstropfen von Oberflächen einfach abperlen, ahmen Wissenschaftler schon länger nach. Nun soll es einem Karlsruher Forscherteam gelungen sein, mit Fluoropor einen neuen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano- beziehungsweise Mikrostruktur zu entwickeln, der überdies transparent und abriebfest sein soll.

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Lotuseffekt auf einer Kupferdünnschicht: Der neue Werkstoff Fluoropor, den Wissenschaflter am KIT entwickelt haben, soll sich als Beschichtung durch eine hohe Abriebfestigkeit auszeichnen.
Lotuseffekt auf einer Kupferdünnschicht: Der neue Werkstoff Fluoropor, den Wissenschaflter am KIT entwickelt haben, soll sich als Beschichtung durch eine hohe Abriebfestigkeit auszeichnen.
(Bild: Bastian E. Rapp, KIT)

Den Effekt, dass Wassertropfen von Oberflächen abperlen, kennen wir aus der Natur: Die Blätter der Lotuspflanze sind so stark wasserabweisend, dass die Flüssigkeit in runden Kugeln davonrollt. Der Mensch hat sich dieses Phänomen zu Nutze gemacht: Wissenschaftler können den sogenannten Lotuseffekt schon länger nachahmen. Sportbekleidung oder Windschutzscheiben profitieren von superhydrophoben Oberflächen.

Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) veröffentlichen nun, eine neue Klasse solcher Werkstoffe namens Fluoropor entwickelt zu haben. Laut Dr. Bastian E. Rapp und seinem Team am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) soll es erstmals gelungen sein, einen fluorierten Polymerschaum herzustellen, der über den Lotuseffekt hinaus zudem transparent und unempfindlich gegenüber Abrieb (Abrasion) sein soll. Die Forschungsergebnisse haben die Wissenschaftler nun in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports vorgestellt (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8).

Nano-/Mikrostruktur erstreckt sich durch das gesamte Materialvolumen

Die Forscher beschreiben ihre Ergebnisse wie folgt: Superhydrophobe Eigenschaften entstehen durch Strukturierung auf der Nano- bis Mikroskala. Durch diese extrem feinen Strukturen (1 NM ist 1 milliardstel Meter) sind die Oberflächen grundsätzlich äußerst empfindlich gegenüber Abrieb und damit nicht robust genug für alltägliche Anwendungen. Bei Fluoropor hingegen ist die Nano-/Mikrostruktur nicht auf die Oberfläche beschränkt, sondern erstreckt sich durch das gesamte Volumen des Materials. Dadurch erreicht der Werkstoff eine hohe Abriebfestigkeit und Alltagstauglichkeit auf lange Sicht.

Der Schaum weist winzige Poren mit einem Durchmesser unterhalb der Wellenlänge sichtbaren Lichts auf, sodass er optisch transparent wirkt. Daher eignet sich Fluoropor als Beschichtung für Glas. Der Werkstoff lässt sich jedoch auch auf andere Materialien wie Metall, Polymere oder Textilien aufbringen. Fluoropor lässt sich wirtschaftlich in einem Schritt durch sogenannte photoinduzierte radikalische Polymerisation herstellen und in verschiedenen Dicken fertigen.

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