Fleckenfreie Brillen

Fortschritte in der Materialbeschichtung könnten bald zu Gläsern führen, denen ölige Fingerabdrücke nichts mehr anhaben können.

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz haben eine kostengünstige und einfache Methode entwickelt, Oberflächen so zu beschichten, dass Öltröpfchen an ihnen abrollen können. Das Verfahren könnte Brillengläser, Smartphones oder Tablet-Rechner ermöglichen, denen sogar die fettigsten Finger nichts anhaben können.

Flüssigkeitsabweisende Flächen sind auch für zahlreiche weitere industrielle und biomedizinische Anwendungen interessant. Wasser lässt sich dabei recht einfach abwehren, doch Öl oder organische Lösungsmittel sind schwerer, weil sie eine wesentlich geringere Oberflächenspannung haben.

Notwendig ist eine besondere Art von Rauigkeit, die an Äste von Bäumen erinnern. Das ist schon seit längerem bekannt, doch war es bislang schwierig, solche Texturen produktionsreif auszuentwickeln. Frühere Arbeiten etwa am MIT nutzten komplexe nanolithographische Techniken.

Die Methode der Mainzer Forscher ist simpler: Sie setzt auf eine Kombination aus Kerzenruß und Quarz, die beide mit der richtigen Temperatur verbacken werden. Zunächst wird dabei eine Glasfläche über einer Kerze angebracht. Dies führt zur Ablagerung von Kerzenruß – genauer gesagt kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 30 und 40 Nanometern, die locker übereinander sitzen. Sie schaffen genau die richtige Oberflächentextur, bei der 80 Prozent der Fläche freigehalten sind.

Damit der Kerzenruß nicht einfach weggewaschen wird, beschichtet man ihn mit einer 25 Nanometer dicken Quarzhülle. Anschließend wird die so präparierte Glasfläche bei 600 Grad im Ofen verbacken, was die schwarze Farbe des Rußes auflöst. Zum Schluss sprühten die Forscher verschiedene Öle zum Test auf. Egal ob Erdnussöl oder verschiedene Lösungsmittel: In Mikroaufnahmen sprangen die Tröpfchen förmlich von der Fläche. Die Beschichtung hält auch auf Aluminium, Stahl und Kupfer. Und weil die Oberfläche sowohl Öl- als auch Wasser-abweisende Qualitäten hat, lässt sie sich "superamphiphobisch" nennen.

Neelesh Patankar, Professor für Maschinenbau an der Northwestern University, glaubt, dass die Forschungsarbeit ein wichtiger Schritt hin zu kommerziell produzierbaren Materialien mit diesen Eigenschaften ist. "Es war bekannt, welche Oberflächenchemie und welche Geometrie funktioniert, um Öl abzuweisen. Diese Arbeit zeigt eine gute Methode, solche Beschichtungen mit den relevanten Eigenschaften herzustellen."

Die Anwendungsbereiche sind breit. Beispielsweise könnte man Gebäudeplatten herstellen, die Wasser, Öl und andere Fleckenteufel derart effektiv abweisen, dass Regen sie "waschen" würde. In der Biomedizin und der Mikrofluidik sind Techniken gefragt, denen wässrige und ölige Materialien nichts anhaben können. "Ich denke derzeit an eine Brillenglasbeschichtung, aber das Verfahren könnte auch wichtige Anwendungen in der Medizin finden", meint Doris Vollmer, Materialwissenschaftlerin in der Max-Planck-Gruppe. "Oft braucht man die Ölresistenz. Nur wasserabweisende Oberflächen allein reichen nicht."

Kerzen müssten in der Produktion auch nicht eingesetzt werden – es gibt kommerziell erhältliche Rußpartikel mit ähnlichen Größen, die man verwenden könnte. Damit ließe sich das Verfahren kostengünstig hochskalieren. Momentan denken die Forscher über erste Partnerschaften mit der Industrie nach.

Ambarish Kulkarni, Maschinenbauingenieur im "Advanced Nanotechnology"-Programm bei GE Global Research, wo ebenfalls superamphiphobische Oberflächen erforscht werden, meint, die Studie zeige eine neuartige Methode zur Produktion. Bei GE arbeitet man unter anderem an Antifouling-Überzügen für Gasturbinen, was diese sauberer und effizienter arbeiten lassen könnte. Weil die Max-Planck-Methode hochtemperaturgeeignet ist, wäre dies auch hier interessant. GE denkt zudem an nichthärtbare Kunststoffe und Lebensmittelverpackungen.

Ein Problem mit der Max-Planck-Beschichtung ist noch, dass sie im Gegensatz zu gehärteten wasserabweisenden Oberflächen verkratzen oder verwittern kann. Ölabweisende und kratzfeste Brillen sind so noch nicht denkbar. Man arbeite aber daran, meint Forscherin Vollmer. Geprüft würden auch Beschichtungsverfahren mit chemischen Lösungen. Derzeit sind noch Hochtemperaturöfen für die Aufdampfmethode notwendig. (bsc)