Keine Haftung

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Antihaftende und Wasser abstoßende Materialien sind in der Technik sehr begehrt: Das Anwendungsgebiet reicht von der Regenjacke bis zur Tragfläche eines Flugzeuges. Amerikanischen Wissenschaftlern ist es nun gelungen, in einem vergleichsweise einfachen Prozess eine besonders stark Wasser abweisende Oberfläche herzustellen.

Überall begegnen uns im Alltag antihaftende Beschichtungen und Materialien. Wasser abweisende Kleidung ist ein Beispiel – der Teflon-Überzug in der Bratpfanne ist ein anderes. Ihnen allen gemeinsam ist, dass sie Wasser abstoßende – hydrophobe – Moleküle an der Oberfläche tragen. Häufig handelt es sich hierbei um Kohlenstoff-Fluor-Verbindungen. Das Problem ist, dass die Herstellung entsprechend wirkungsvoller Beschichtungen sehr teuer sein kann, umweltschädliche Lösungsmittel zum Einsatz kommen und nicht jedes Trägermaterial geeignet ist.

Jan Genzer und Kirill Efimenko von der North Carolina State University sind nun über eine Methode gestolpert, die antihaftenden Eigenschaften derartiger Oberflächen stark zu verbessern (Science vom 15. Dezember 2000, Abstract). Sie dehnten zunächst einen elastischen Polymerfilm und brachten anschließend die Wasser abstoßenden Moleküle auf diesem Trägermaterial auf. Danach befreiten die Forscher den Film von der äußeren Spannung, sodass sich das Substrat bis zur ursprünglichen Größe zusammenzog. Die hydrophoben Moleküle werden so auf einem kleineren Raum dicht zusammengepresst, und das Material erhielt so eine höhere Dichte und eine größere chemische Resistenz, als es über den herkömmlichen Weg möglich war. Die Wissenschaftler nennen ihre neue Errungenschaft mechanically assembled monolayer (MAM).

"Wir haben fast per Zufall herausgefunden, dass man die physikalischen und chemischen Oberflächeneigenschaften eines flexiblen Materials, wie Wasser abweisendes Verhalten und Haltbarkeit, durch Vergrößern der Oberfläche maßschneidern kann, bevor man chemisch die Schicht Moleküle hinzufügt, die den eigentlichen Überzug bildet", erklärt Genzer.

Genzers Methode ist nicht nur verblüffend einfach, sondern auch ökologisch gesehen vorbildlich, da sie keine zusätzlichen Lösungsmittel benötigt, die schädliche Dämpfe oder unerwünschte Nebenprodukte anfallen lassen.

In mehreren Experimenten haben die Forscher ihre Oberfläche auf Haltbarkeit und Undurchlässigkeit geprüft. Sie tauchten Streifen der MAM für eine gewisse Zeit unter Wasser und lagerten sie anschließend unter Laborbedingungen. "Zu unserer Überraschung blieben die Oberflächen der MAMs praktisch unverändert, selbst nach sechs Monaten in einer staubigen und feuchten Atmosphäre. Die chemischen Eigenschaften der MAMs wie Orientierung und Dichte der Moleküle sind gleich geblieben, und es gab nur eine sehr kleine physikalische Verschlechterung", freut sich Genzer. Hingegen zeigen konventionell hergestellte Beschichtungen eine deutliche Alterung.

Das neue Material soll nahezu überall einsetzbar sein, wo es auf Undurchlässigkeit für Wasser, geringe Reibung und widerstandsfähige Schichten ankommt. Trotz der vielversprechenden ersten Resultate ist jedoch noch einige Forschungsarbeit nötig, bis die MAMs kommerziell genutzt werden können, meint Genzer. Zunächst wollen die Forscher die Stabilität gegen Säuren und andere extreme Bedingungen überprüfen. Außerdem möchten die Wissenschaftler mit vergleichsweise günstigen Kohlenwasserstoffen anstelle von Fluorverbindungen experimentieren.

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