Oberflächenbehandlung Oberfläche reinigt sich ganz ohne chemische Reinigungsmittel selbst

Wassertropfen, die über eine Aluminiumplatte rollen und dabei Schmutzpartikel entfernen? Eine solche selbstreinigende Oberfläche haben Wissenschaftler der TU Dresden und des Fraunhofer IWS entwickelt.

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Fraunhofer IWS Dresden

Seit mehreren Jahren entwickeln Wissenschaftler der TU Dresden und des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik 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. Den wissenschaftlichen Beweis für den selbstreinigenden Effekt veröffentlichten sie im Journal „Applied Surface Science“.

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Besonderes Augenmerk setzten die Wissenschaftler dabei auf den Werkstoff Aluminium. „Dieser kommt in vielen Industriezweigen zum Einsatz – sei es in der Automobilbranche, im Flugzeugbau oder in der Lebensmittelindustrie“, sagt Stephan Milles, Doktorand an der TU Dresden. Besonders in der Lebensmittelindustrie sei die Verwendung aggressiver Reinigungschemikalien kritisch, da die Verbraucher diese natürlich nicht mit ihrer Nahrung in Verbindung bringen wollen, so der Wissenschaftler.

Kamera filmt den Prozess mit 12.500 Bilder/Sekunde

Die Dresdner Wissenschaftler strukturierten eine Aluminiumplatte mit einem Laserverfahren so, dass Wassertropfen über die Oberfläche rollen können und dadurch Schmutzpartikel entfernt werden. Um den Selbstreinigungseffekt der Aluminiumoberfläche zu analysieren, wurde eine spezielle Kamera eingesetzt. Mit 12.500 Bildern pro Sekunde filmte die Kamera den Prozess mit.

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.“

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 namens „Direct Laser Interference Patterning“ weiter, die außergewöhnliche Eigenschaften im Vergleich zu klassischen laserbasierten Verfahren bietet.

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Auch in den von der Europäischen Union geförderten Projekten „Lampas“ und „Shark“ sollen Laserquellen und intelligente Strukturierungsverfahren die Funktionalisierung von Oberflächen auf verschiedenen Anwendungsgebieten, wie z. B. der Automobil-, Lebensmittel- und Haushaltsgeräteindustrie, lukrativ machen.

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