26.09.2019
Nix hält mehr! Ingenieur der TU Dresden entwickelt wasser- und eisabweisende Oberfläche
Stephan Milles von der TU Dresden hat es geschafft, eine Aluminiumoberfläche so mit einem laserbasierten Verfahren zu bearbeiten, dass Wasser komplett abperlt.
Ein Nachwuchswissenschaftler der TU Dresden hat eine vollkommen wasser- und eisabweisende Oberfläche entwickelt. Dafür hat der Ingenieur eine Aluminiumplatte so mit einem Laser strukturiert, dass Wassertropfen und wasserähnliche Flüssigkeiten darauf nicht mehr halten (superhydrophob). Den wissenschaftlichen Beweis dafür hat er jetzt im „Scientific Reports“, einer Fachzeitschrift der Nature-Verlagsgruppe veröffentlicht.
Der Tropfen auf einer wasserabweisenden Oberfläche bleibt rund (links), wohingegen der Tropfen auf der unbehandelten Oberfläche breit läuft (rechts). Eine Oberfläche gilt dann als besonders wasserabweisend (superhydrophob), wenn der Winkel zwischen Oberfläche und Tropfen mindestens 150 Grad beträgt.
Seit zwei Jahren forscht Stephan Milles an einer Oberflächenstruktur, auf der kein Tropfen mehr hält und die Vereisung stark verzögert ist. Dabei hat er sich von vorn herein für Aluminium entschieden, weil es ein sehr industrienaher Werkstoff ist: „Wenn ein Flugzeug durch Wolken fliegt, hilft es schon, wenn die Vereisung von Tragflächen, Triebwerken und Sensorelementen um ein paar Sekunden verlangsamt wird.“ Auch die Rotorblätter von Windrädern, riesige Tanks für Flüssigkeiten der Lebensmittelindustrie oder Messgeräte bestehen aus Aluminium und reagieren sensibel auf Eis. Die Entwicklung des 28-Jährigen ist daher eine echte Alternative zu bisherigen Verbundwerkstoffen oder der Beschichtung von Oberflächen und bietet neue industrielle Möglichkeiten. Für die Strukturierung von Materialien sind nun keine zusätzlichen Chemikalien oder Reinraumbedingungen mehr notwendig.
Mit einem Laser bearbeitete Aluminiumoberfläche mit wasser- und eisabweisender Funktion. Der Abstand der einzelnen Strukturelemente (Abstand „Berg“ zu „Berg“) beträgt 7 Mikrometer. Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 50 – 80 Mikrometern.
Aber: „Nicht alle wasserabweisenden Oberflächen sind gleichzeitig eisabweisend. Meine Struktur kann beides“, freut sich Milles. Um diesen Effekt zu erzielen hat der Maschinenbauer eine komplexe Struktur mit einem bestimmten laserbasierten Verfahren aufgebracht - als Erster. Dabei hat er sich von der Natur inspirieren lassen. Der selbstreinigende Lotoseffekt, den man auch vom Schmetterlingsflügel kennt, basiert auf einer mikro- und nanostrukturierten Oberfläche. „Die große Herausforderung war, zunächst eine Struktur zu finden, die zehnmal kleiner ist als ein menschliches Haar und diese dann noch filigraner zu gravieren“, so der wissenschaftliche Mitarbeiter der Professur für Laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung an der TU Dresden.
Im Moment arbeitet Milles daran, Aluminiumplatten großflächig und wirtschaftlich bearbeiten zu können. Aus diesem Grund hat er sich von vorn herein hauptsächlich für das Laserinterferenzverfahren entschieden: „Nur das Laserinterferenzverfahren kann unterschiedliche Oberflächen in kürzester Zeit filigran strukturieren. Erst wenn ein Quadratmeter Aluminium in wenigen Minuten lasergraviert werden kann, wird das Verfahren spannend für die Industrie. Andere Verfahren würden aktuell noch mehrere Stunden für die Oberflächenstrukturierung eines Quadratmeters brauchen und hätten dabei trotzdem keine mikro- und nanometergroße Struktur hergestellt.“
Die Forschungsarbeit von Milles, der zu diesem Thema gerade bei dem Laserexperten Prof. Andrés Fabián Lasagni promoviert, wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Reinhart Koselleck-Projektes zur „Herstellung von großflächigen, zwei- und dreistufigen multiskaligen Strukturen mit multifunktionalen Oberflächeneigenschaften mittels Laser basierten Methoden“ gefördert. Im Juni wurde Milles auf der internationalen Konferenz „International Conference on Nature Inspired Surface Engineering“ in New Jersey, USA dafür ausgezeichnet.
"Fabrication of superhydrophobic and ice-repellent surfaces on pure aluminium using single and multiscaled periodic textures" in Scientific Reports volume 9, Article number: 13944 (2019), veröffentlicht am 26.09.2019.
Ansprechpartner für Journalisten
Dipl.-Ing. Stephan Milles
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Professur für Laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung
Institut für Fertigungstechnik
Fakultät Maschinenwesen
Technische Universität Dresden
Tel. +49 (0) 351/463-40292
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