Anti-Staub-Technologie ebnet den Weg für selbstreinigende Oberflächen

Staub gehört zum Alltag und ist mehr als nur ein tägliches Ärgernis – er kann in Maschinen und Anlagen gelangen und zu Effizienzverlusten oder Ausfällen führen.

Forscher der University of Texas at Austin haben sich mit dem in North Carolina ansässigen Unternehmen Smart Material Solutions Inc. zusammengetan, um eine neue Methode zu entwickeln, die verhindert, dass Staub an Oberflächen haftet. Das Ergebnis ist die Fähigkeit, viele Arten von Materialien staubabweisend zu machen, von Raumfahrzeugen über Sonnenkollektoren bis hin zu Haushaltsfenstern.

Die Forschung ist veröffentlicht in ACS Angewandte Materialien und Grenzflächen.

„Was wir hier demonstriert haben, ist eine Oberfläche, die sich selbst reinigen kann“, sagte Chih-Hao Chang, außerordentlicher Professor am Walker Department of Mechanical Engineering der Cockrell School of Engineering und Hauptautor der Studie. „Partikel können nicht an der Oberfläche haften bleiben, also lösen sie sich nur durch die Schwerkraft.“

In Tests häuften die Forscher Mondstaub auf ihre künstlichen Oberflächen und drehten dann jede Oberfläche auf die Seite. Das Ergebnis: Nur etwa 2 % der Oberfläche blieben staubig, verglichen mit mehr als 35 % einer ähnlich glatten Oberfläche.

Die Forscher sagten, die Entdeckung laufe auf Dinge hinaus, die das menschliche Auge nicht erkennen könne. In den Experimenten veränderte das Team die Geometrie flacher Oberflächen, um ein dicht gepacktes nanoskaliges Netzwerk aus pyramidenförmigen Strukturen zu schaffen. Diese scharfkantigen Strukturen erschweren es den Staubpartikeln, am Material zu haften, sondern haften aneinander und rollen durch die Schwerkraft vom Material ab.

Diese Strukturen bieten eine passive Lösung, was bedeutet, dass sie keine zusätzliche Energie oder Materialien benötigen, um Staub zu entfernen. Vergleichen Sie das mit aktiveren Lösungen wie einer Autowindschutzscheibe, die die Verwendung von Scheibenwischern und Wischflüssigkeit zum Entfernen von Staub erfordert.

Die Forschung wurde über ein Stipendium des Small Business Innovation Research Program der NASA finanziert, sodass sich die ersten Anwendungen auf die Weltraumtechnologie konzentrieren. Weltraumstaub ist besonders lästig, da in dieser Umgebung alles mit einem hohen Risiko verbunden ist und die Bedingungen das Entfernen von Staub zu einer Herausforderung machen. Staub hat die Apollo-Missionen verwüstet und Mars-Rover zum Scheitern gebracht.

„Gegen Mondstaub im Weltraum kann man nicht viel tun – er klebt an allem und es gibt keine wirkliche Möglichkeit, ihn abzuwischen oder abzusprühen“, sagte Samuel Lee, ein Hauptautor, der ein Student in Changs Gruppe war. „Staub auf Solarmodulen von Mars-Rovern kann deren Ausfall verursachen.“

Diese Technologie könnte auch enorme Auswirkungen auf die Erde haben. Es könnte verhindern, dass Solarmodule Staub ansammeln und mit der Zeit an Effizienz verlieren. Es könnte Glasfenster und eines Tages sogar digitale Bildschirme wie Telefone und Fernseher schützen.

Anti-Staub-Technologie gibt es seit Jahrzehnten, aber außerhalb des Labors hat sie aufgrund von Skalierungsproblemen nicht viel Anklang gefunden. Die Forscher verwendeten Herstellungskonzepte namens Nanocoining und Nanoimprinting, bei denen Muster auf Objekte in einer modernisierten Version der Art und Weise gedruckt werden, wie Zeitungen und Fotografien im 19. Jahrhundert in Massenproduktion hergestellt wurden.