Sauber ohne Chemie und Kraft. Dresdner Wissenschaftler entwickeln selbstreinigen­de Aluminium-Oberfläche

Wissenschaftler aus Dresden haben eine selbstreinigende Oberfläche entwickelt. Ein Projektteam der Technischen Universität Dresden und des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS strukturierte eine Aluminiumplatte mit einem Laserverfahren so, dass Wassertropfen darauf nicht mehr haften und Schmutzpartikel von der Oberfläche entfernt werden können – ganz ohne chemische Reinigungsmittel oder zusätzliche Kräfte. Den wissenschaftlichen Beweis für den selbstreinigenden Effekt veröffentlichten sie im Journal »Applied Surface Science«.

© Fraunhofer IWS Dresden

Seit mehreren Jahren entwickeln Wissenschaftler der TU Dresden und des Fraunhofer IWS funktionalisierte Oberflächen mit lasergestützten Fertigungsverfahren. Nun haben sie eine periodische Oberflächenstruktur entwickelt, die nicht nur wasser- und eisabweisend ist, sondern auch Schmutzpartikel ausschließlich durch herunterrollende Tropfen entfernt. Dabei fokussierten sie sich besonders auf den Werkstoff Aluminium. »Dieser kommt in vielen Industriezweigen zum Einsatz – sei es in der Automobilbranche, im Flugzeugbau oder in der Lebensmittelindustrie. Besonders bei Letzterem ist die Verwendung von aggressiven Reinigungschemikalien kritisch, da wir diese natürlich nicht mit unserer Nahrung in Verbindung bringen wollen«, sagt Stephan Milles, Doktorand an der TU Dresden. Die Funktion des selbstreinigenden laserstrukturierten Aluminiums nahmen die Dresdner Wissenschaftler besonders unter die Lupe. Zur Analyse des Selbstreinigungseffekts der Aluminiumoberflächen kam eine spezielle Kamera zum Einsatz, die den Prozess mit 12 500 Bildern pro Sekunde filmte. Thomas Kuntze, Wissenschaftler im Technologiefeld Mikrotechnik am Fraunhofer IWS, verdeutlicht: »Auf diese Weise können wir perfekt sehen, wie der Wassertropfen den Schmutz von der Aluminiumoberfläche entfernen kann. Diese Methode eignet sich auch zum Verständnis anderer Verfahren, wie Laserschneiden und -schweißen oder Additive Manufacturing.«

Im »CAMP« arbeiten TU Dresden und Fraunhofer IWS an der Übertragung großflächiger filigraner Strukturen auf Oberflächen

© TU Dresden

Das Verfahren wurde in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWS entwickelt. Gemeinsam mit dem Dresdner Institut betreibt die Professur für laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung an der TU Dresden mit das Zentrum »CAMP – Center for Advanced Micro Photonics«. Prof. Lasagni: »Wir arbeiten aktuell an mehreren spannenden Projekten, mit dem Ziel großflächig filigrane Strukturen auf Metallen, Keramiken oder Polymeren in kürzester Zeit zu erzeugen«. Darin entwickeln die Wissenschaftler kontinuierlich eine Technologie unter dem Titel »Direct Laser Interference Patterning« weiter, die außergewöhnliche Eigenschaften im Vergleich zu klassischen laserbasierten Verfahren bietet. Beispiele für solche Entwicklungen finden sich in den von der Europäischen Union geförderten Projekten »LAMPAS« und »SHARK«, in denen Laserquellen und intelligente Strukturierungsverfahren die Funktionalisierung von Oberflächen auf verschiedenen Anwendungsgebieten, wie z. B. der Automobil-, Lebensmittel- und Haushaltsgeräteindustrie, lukrativ machen sollen.

Hintergrund
Die Arbeit »Herstellung von großflächigen, zwei- und dreistufigen multi-skaligen Strukturen mit multifunktionalen Oberflächeneigenschaften mittels Laserbasierten Methoden« wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen eines Reinhart Koselleck-Projektes gefördert (Fördernummer: 323477257). Geleitet wird das Projekt von Prof. Andrés Lasagni, Inhaber der Professur für Laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung (LMO). Der vollständige Artikel kann in der Zeitschrift Applied Surface Science nachgelesen werden. Dr. Marcos Soldera unterstützte die Forschung. Er folgte dem Ruf der Alexander von Humboldt-Stiftung aus Argentinien nach Deutschland, um angewandte Forschung zu betreiben.

Über die Technische Universität Dresden
Die Technische Universität Dresden ist eine der Spitzenuniversitäten Deutschlands und Europas: stark in der Forschung, erstklassig in der Vielfalt und der Qualität der Studienangebote, eng vernetzt mit Kultur, Wirtschaft und Gesellschaft. Als moderne Universität bietet sie mit ihren fünf Bereichen in 18 Fakultäten ein breit gefächertes wissenschaftliches Spektrum wie nur wenige Hochschulen in Deutschland. Sie ist die größte Universität Sachsens. Die große Campus-Familie der TU Dresden setzt sich zusammen aus rund 32 400 Studierenden und ca. 8.300 Mitarbeitern – davon 600 Professoren. Die TU Dresden ist seit 2012 eine der elf Exzellenzuniversitäten Deutschlands. Am verteidigte 19. Juli 2019 sie diesen Titel erfolgreich.

Weiterführende Informationen
Link Video bei Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=M8YCISLZYoo
Link zur Publikation: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433220312757
Professur für laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung an der TU Dresden: https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/if/lmo
Center for Advanced Micro Photonics (CAMP): https://www.iws.fraunhofer.de/en/centers/camp.html

Informationen für Journalisten:
Prof. Andrés Fabián Lasagni
TU Dresden, Fakultät Maschinenwesen
Professur für Laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung
Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS

Markus Forytta
Leiter Unternehmenskommunikation
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Tel.: 0351 83391-3614