Mit Lasertechnik zu funktionalen Oberflächen

7. Oktober 2017, 10:00

Herstellungsprozess "Clear Surface" an der FH Vorarlberg entwickelt

Dornbirn – Wer eine Brille trägt, kennt das leidige Phänomen: Geht man aus der Kälte in einen warmen Raum, beschlagen die Gläser. Sandra Stroj, Leiterin des Josef-Ressel-Zentrums für Materialbearbeitung mit ultrakurz gepulsten Laserquellen, erklärt, warum das so ist: "Auf der kalten Glasoberfläche bilden sich kleinste Wassertröpfchen, die zu einer unerwünschten Streuung des Lichts führen, der Brillenträger sieht nichts mehr."

Die promovierte Elektrotechnikerin mit Schwerpunkt Laserphysik hat mit ihrem Forschungsteam an der Fachhochschule Vorarlberg den Herstellungsprozess "Clear Surface" entwickelt, der nicht nur Brillenträgern hilft. Durch Lasertechnik können Oberflächen von Materialien wie zum Beispiel Halbleiter oder Glas so gestaltet werden, dass sie je nach Wunsch wasserabweisend oder wasseranziehend werden. Diese beiden Eigenschaften können bei Bedarf auch kombiniert werden.

Um einen Antifogging-Effekt, das Verhindern von Beschlagen, zu erreichen, muss die Glasoberfläche paradoxerweise hydrophil sein. "Auf Antifogging-Oberflächen schlägt sich Wasser als dünner Film ab, ohne Tröpfchen zu bilden, dadurch bleibt das Glas klar und durchsichtig", erklärt Sandra Stroj die Innovation.

Hydrophob oder hydrophil

Erreicht werden kann die gewünschte Benetzungseigenschaft – hydrophob oder hydrophil – durch Lasertechnik. Stroj: "Wir können mit dem Ultrakurzpuls-Laser diese Benetzungskontraste nach beliebigen Mustern herstellen." Abgeschaut hat man die Technik der Natur. Denn Flora und Fauna bieten meisterhafte Beispiele für funktionale Oberflächen. So wurde die Oberfläche eines Nebeltrinker-Käfers (Onymacris unguicularis) mit Laserstrukturierung nachgebaut. Der Käfer, ein Wüstenbewohner, holt sich das lebensnotwendige Nass aus der Luft.

Stroj über das Wunderwerk der Natur: "Die winzigen Hügel auf den Flügeln dieses Käfers haben eine glatte, wasseranziehende Oberfläche. Die Täler dazwischen sind dagegen rau und mit einer wachsähnlichen Substanz überzogen, sodass sie Feuchtigkeit abweisen. Sobald die an den Erhebungen hängenden Wassertropfen eine gewisse Größe erreicht haben, lösen sie sich und rollen durch die Rinnen herab zum Maul des Käfers." Mit dem Clear-Surface-Verfahren, das Forschungspartner Spectra-Physics zum Patent angemeldet hat, wurden diese natürlichen Eigenschaften auf einer Glasoberfläche kopiert. Der Effekt: Es lässt sich wesentlich mehr Wasser sammeln als auf einer unbehandelten Oberfläche.

Beste Beispiele für hydrophobe Eigenschaften sind die Lotusblume und die Rose. Lotusblumen lassen Wasser abperlen, Rosenblätter zeigen ein ähnliches Verhalten, können Wassertropfen aber sogar festhalten. "Rosen-Petaleffekt" nennt man dieses Anhaften der Tautropfen. Stroj: "Uns ist es gelungen, eine Oberfläche zu erzeugen, die diesen Rosen-Petaleffekt deutlich übertrifft." Anwenden könnte man haftende Oberflächen in der Biologie. (jub, 7.10.2017)