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Faszination Technik Eine Luftbeschichtung für Metalle

Quelle: FAU; Redakteur: Dorothee Quitter 2 min Lesedauer

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Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: Wie eine superraue Oberfläche einen Luftfilm erzeugt, der Flüssigkeiten abweist.

Wissenschaftler haben die aerophilen Eigenschaften an Titanproben als (a) Bleche, (b-c) Spulen und Stäbe bewiesen, indem diese einen eingeschlossenem Luftfilm unter Wasser bilden. In Zukunft könnten solche Materialien zum Beispiel künstliche Gelenke in der Medizin oder Schiffsrümpfe in der Technik erheblich verbessern, weil sie Schmutz und Mikroorganismen abweisen.(Bild: FAU)
Wissenschaftler haben die aerophilen Eigenschaften an Titanproben als (a) Bleche, (b-c) Spulen und Stäbe bewiesen, indem diese einen eingeschlossenem Luftfilm unter Wasser bilden. In Zukunft könnten solche Materialien zum Beispiel künstliche Gelenke in der Medizin oder Schiffsrümpfe in der Technik erheblich verbessern, weil sie Schmutz und Mikroorganismen abweisen.
(Bild: FAU)

Mit einem Trick tauchen verschiedene Insekten ins Wasser, ohne dabei nass zu werden: Winzige Strukturen auf ihrer Oberfläche halten einen dünnen Film aus Luft fest, der die Tiere schützt. Dieses Prinzip konnten Wissenschaftler der FAU gemeinsam mit einem internationalen Forschungsteam jetzt auf Werkstoffe übertragen. Während bisher entwickelte Oberflächen den dünnen Luftfilm rasch wieder verlieren, konnte das Team diesen erheblich stabilisieren: die schützende Hülle war in Experimenten auch noch nach 208 Tagen unter Wasser intakt.

Extrem raue Struktur führt zum Ergebnis

Für ihre Untersuchungen verwendete die Gruppe eine in der Medizintechnik häufig genutzte Legierung, die zu 90 Prozent aus Titan, zu sechs Prozent aus Aluminium und zu vier Prozent aus Vanadium besteht. Die Oberfläche dieses Werkstoffs wurde mit einer Kombination aus elektrochemischen Reaktionen und einer basischen Flüssigkeit behandelt. Dabei wird ein Teil der Oberfläche entfernt und es bleibt eine extrem raue Struktur zurück, in der einzelne Teile von etwa einem Tausendstel Millimeter Höhe herausragen, während der Abstand zwischen diesen Mikrometer-Gebilden sogar im Nanometer-Bereich von Millionstel Millimetern liegen kann.

Luftfilm weist Blut ab

So behandelte Materialien haben verblüffende Eigenschaften: Taucht man ein Plättchen aus einer unbehandelten Titan-Legierung ein einziges Mal in Blut und zieht es wieder heraus, klebt an der Oberfläche ein kräftiger roter Film. An der gleichen Legierung mit der mikro- und nanorauen Oberfläche haften dagegen nach etlichen Malen Eintauchen immer noch keine sichtbaren Blutreste.

Noch faszinierender war ein weiteres Experiment: Während Bluttropfen auf einer herkömmlichen Aluminium-Legierung zwar ablaufen, aber rasch auch einen schmierigen roten Film hinterlassen, schießen solche Tröpfchen auf einer superrauen Oberfläche im Blitztempo davon und hinterlassen keine sichtbaren Blutspuren.

Auch Bakterien bleiben nicht haften

Ähnliches passiert auch mit Bakterien und anderen Zellen, die sich an die Oberfläche der unbehandelten Titan-Legierung gut anheften können, während sie auf einem mikro- und nanorauen Plättchen kaum auftauchen. Das ist eine gute Nachricht für Patientinnen und Patienten, die ein künstliches Hüft- oder Kniegelenk brauchen oder deren Herzkranzgefäße mit Stents offengehalten werden. Bestehen solche Implantate aus herkömmlichen Titanlegierungen, benötigen sie eine Antibiotika-Behandlung, um Infektionen vorzubeugen.

Einsatz auch als Schiffsbeschichtung denkbar

Die mikro- und nanorauen Oberflächen funktionieren auch unter Wasser. Der Luftfilm könnte hier beispielsweise als Schiffsbeschichtung das Anheften von Muscheln und Seepocken verhindern. Dazu müssten jedoch mit anderen Methoden ähnlich raue Oberflächen bei anderen Metallen und ihren Legierungen geschaffen werden.

Zur Originalpublikation in der Fachzeitschrift Nature materials

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