Wissenschaftler der Griffith University haben bedeutende Fortschritte beim Verständnis und der Kontrolle von Flüssigkeitswechselwirkungen auf winzigen, fortschrittlichen Oberflächen gemacht, ein Durchbruch, der sich auf eine Vielzahl von Branchen auswirken könnte, von selbstreinigenden Materialien bis hin zu medizinischen Geräten.
In einer Studie veröffentlicht im Tagebuch Fortschrittliche MaterialschnittstellenForscher am Queensland Micro- and Nanotechnology Centre von Griffith erforschten, wie bestimmte Oberflächenstrukturen – sogenannte reentry Mikrostrukturen – Wasser und andere Flüssigkeiten abstoßen können.
Der Artikel, der als Editor’s Choice ausgewählt wurde und auf dem Cover der Zeitschrift erscheinen soll, enthüllte, wie Faktoren wie Form, Material und Abstand dieser Mikrostrukturen ihre Widerstandsfähigkeit gegen Benetzung oder Flüssigkeitsausbreitung beeinflussten.
„Unsere Forschung befasst sich eingehend mit der Frage, warum manche Oberflächen Wasser besser abweisen als andere“, sagte Dr. Navid Kashaninejad, einer der leitenden Forscher der Studie.
„Dieses Verständnis ermöglicht es uns, Oberflächen zu entwerfen, die Flüssigkeiten entweder abstoßen oder anziehen können, was für Anwendungen wie selbstreinigende Materialien oder Oberflächen, die Verschmutzungen vermeiden, wichtig ist.“
Das Team konzentrierte sich auf zwei Materialien, Siliziumdioxid (SiO₂) und Siliziumkarbid (SiC), die jeweils einzigartige Eigenschaften aufwiesen.
Während SiC für seine inhärente hydrophobe (wasserabweisende) Natur bekannt ist, fanden die Forscher heraus, dass die Gesamtgeometrie – insbesondere der Abstand und die Form dieser winzigen kappenartigen Strukturen – eine wichtigere Rolle bei der Beeinflussung des Flüssigkeitsverhaltens spielt als die Art des Materials selbst .
Sie fanden heraus, dass einspringende Strukturen mit größeren Lücken dazwischen effektiv Lufteinschlüsse einschlossen, was die Wasserabweisung verstärkte und verhinderte, dass die Flüssigkeit die Oberfläche vollständig benetzte.
Dieses komplexe Gleichgewicht zwischen Materialeigenschaften und Struktur eröffnete eine neue Perspektive für die Gestaltung hocheffizienter, flüssigkeitsabweisender Oberflächen.
Dr. Kashaninejad sagte, die Auswirkungen dieser Ergebnisse seien weitreichend. „In der Umwelttechnik könnten selbstreinigende Oberflächen die Wartungskosten senken und die Leistung in Bereichen wie Solarmodulen und wasserabweisenden Beschichtungen verbessern.“
„Im biomedizinischen Bereich könnten flüssigkeitsabweisende Materialien dazu beitragen, medizinische Geräte zu entwickeln, die der Bakterienbildung widerstehen und so die Hygiene und Patientensicherheit verbessern.“
„Diese Erkenntnisse öffnen auch Türen für die Entwicklung von Materialien, die extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen oder aggressiven Chemikalien standhalten können, unter Verwendung von Materialien wie Siliziumkarbid.“
„Diese Studie trägt nicht nur zum wachsenden Wissensschatz in der Oberflächenwissenschaft bei, sondern positioniert die Griffith University auch an der Spitze des innovativen Materialdesigns.“
Dr. Kashaninejad sagte, das Team sei zuversichtlich, dass die weitere Erkundung dieser Liegenschaften zu noch fortschrittlicheren Anwendungen in mehreren Branchen führen werde.
Weitere Informationen:
Hoang Huy Vu et al., Erforschung der Benetzbarkeit reentranter Mikrostrukturen: Auswirkungen von Geometrie und Materialzusammensetzung, Fortschrittliche Materialschnittstellen (2024). DOI: 10.1002/admi.202400626