Wassertropfen auf einer superhydrophoben Oberfläche können Schmutzpartikel aufnehmen. Abbildung: MPI-P, Lizenz CC-BY-SA

Neue Methode erlaubt die Untersuchung der Haftung von Schmutzpartikeln an Oberflächen

Publiziert

Schmutz ist nicht immer gleich Schmutz. Staub haftet nur wenig an Oberflächen. Es gibt aber auch Schmutz, wie zum Beispiel eingetrocknete Farbe, welcher stark klebt. Doch wie kann man die Hafteigenschaften einer Oberfläche gezielt einstellen, so dass unterschiedlicher Schmutz nicht dran kleben bleibt? Dies Wissen ist essentiell um die Verunreinigung von Oberflächen durch Schmutzpartikel zu verstehen und zu minimieren. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben sich dieser Frage angenommen.

Alle Oberflächen in unserem täglichen Leben werden über die Zeit mit Partikeln wie Staub, Pollen oder Mikroorganismen verdreckt. Daher sind Oberflächen wünschenswert, die einfach gereinigt werden können – d. h. an denen Schmutzpartikel beispielsweise durch Regen entfernt werden. Oberflächen, von denen Wassertropfen einfach abperlen, sind hierfür vielversprechende Kandidaten. Auf Grund der geringen Haftung von Wassertropfen und den damit einhergehenden selbstreinigenden Eigenschaften der Oberfläche werden sie „superhydrophob” – also super-wasserabweisende – Oberflächen genannt. Diese Oberflächen zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine Mikro-Rauigkeit, d. h. eine Rauigkeit im Bereich von einem millionstel Meter, aufweisen, und so die Kontaktfläche zu Wassertropfen deutlich reduzieren.

Lange Zeit war jedoch unverstanden, wie der Effekt der Selbstreinigung auf mikroskopischer Ebene genau funktioniert und wie Oberflächen hergestellt werden müssen, um möglichst effektiv zu funktionieren. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr. Doris Vollmer und Dr. Rüdiger Berger (Arbeitskreis Prof. H.-J. Butt) haben nun neue Einblicke in den Selbstreinigungsprozess gewonnen, indem sie eine solche Oberfläche mikroskopisch im Mikrometerbereich abgebildet haben. Die besondere Mikroskopiemethode, die einen Laser als Lichtquelle verwendet, erlaubte es ihnen abzubilden, wie ein über die Oberfläche rollender Tropfen Schmutzpartikel aufnimmt. Hiermit konnten sie zeigen, dass ein Tropfen auf einer mit Schmutzpartikeln verunreinigten superhydrophoben Oberfläche im wesentlichen nur Kontakt mit den Schmutzpartikeln selbst hat – also kaum einen Kontakt mit der Oberfläche herstellt. Dafür ist aber die Größe der Partikel im Vergleich zu typischen Längenskalen der Oberflächen-Rauigkeit essentiell. Abhängig von der Oberfläche kann die Partikelgröße zwischen einigen zehn Nanometern und mehreren Mikrometern variieren.

„Eine Oberfläche funktioniert effektiv, wenn die Längenskala bzw. Porengröße der superhydrophoben Oberfläche kleiner ist als der Schmutzpartikel selbst“, so Doris Vollmer. „Dann wird Schmutz, z. B. durch Regen, komplett entfernt.“
In einem weiteren Schritt haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die über die laserbasierte Mikroskopie gefundenen Ergebnisse mit Hilfe von Kraftmessungen verifiziert. Dazu haben sie eine am MPI-P entwickelte hochsensitive Messmethode verwendet, die es erlaubt, die Reibung von Tropfen zu messen. Damit konnten sie zeigen, dass die Kraft, die für die Fortbewegung des Tropfens notwendig ist, sich aus der Anzahl an Schmutzpartikeln sowie der Haftkraft zwischen den Partikeln und der Oberfläche ergibt.

Diese sehr genauen Kraftmessungen ermöglichte es den Autoren eine weitere wichtige Aussage zu treffen: Partikel werden nur dann effektiv entfernt, wenn die Haftung zwischen Tropfen und Partikel größer ist als die Haftkraft zwischen Partikel und Oberfläche. Dann wird der Schmutz von dem Tropfen mitgenommen.
Ihre so aufgestellten Regeln, die das Design einer schmutzabweisenden Oberfläche erleichtern sollen, haben sie mit Partikeln unterschiedlichster Größe und Art verifiziert. Interessanterweise verhalten sich Partikel wie beispielsweise Staub ähnlich wie kohlenstoffhaltige Substanzen, wie beispielsweise Ruß.

 

EVENTS

Prodex

Internationale Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Werkzeuge und Fertigungsmesstechnik

Datum: 18. - 21. Mai 2021

Ort: Basel (CH)

T4M

Die neue Messe für Medizintechnik in Stuttgart.

Datum: 08. - 10. Juni 2021

Ort: Stuttgart (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Interantionale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 08. - 11. Juni 2021

Ort: Palexpo Genf (CH)

Securite Lausanne

Die Schweizer Fachmesse

Datum: 16. - 18. Juni 2021

Ort: Lausanne (CH)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25. - 26. August 2021

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25. - 26. August 2021

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25. - 26. August 2021

Ort: Zürich (CH)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 31. August - 02. September 2021

Ort: Bern (CH)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und für die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 07. - 09. September 2021

Ort: Hannover (D)

Midest Chassieu

Midest ist eine der weltweit größten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft.

Datum: 07. - 10. September 2021

Ort: Lyon (D)

AM Expo

Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 14. - 15. September 2021

Ort: Luzern (CH)

Swiss Medtech Expo

Advanced Manufacturing

Datum: 14. - 15. September 2021

Ort: Luzern (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 28. - 30. September 2021

Ort: Nürnberg (D)

parts2clean

Internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung

Datum: 05. - 07. Oktober 2021

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 05. - 07. Oktober 2021

Ort: Stuttgart (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 06. - 09. Oktober 2021

Ort: Düsseldorf (D)

Fakuma

Internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung

Datum: 12. - 16. Oktober 2021

Ort: Friedrichshafen (D)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 19. - 21. Oktober 2021

Ort: Basel (CH)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 19. - 21. Oktober 2021

Ort: Zürich (CH)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 26. - 29. Oktober 2021

Ort: Düsseldorf (D)

transport-CH

Schweizer Nutzfahrzeugsalon

Datum: 10. - 13. November 2021

Ort: Bern (CH)

Compamed

Fachmesse für Produkte aus der medizinischen Vorproduktion

Datum: 15. - 18. November 2021

Ort: Düsseldorf (D)

Medica

Die Weltleitmesse der Medizinbranche

Datum: 15. - 18. November 2021

Ort: Düsseldorf (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 16. - 19. November 2021

Ort: München (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 24. - 25. November 2021

Ort: Frankfurt am Main (D)

Swissbau

Die führende Fachmesse der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz Sicherheits-Kongress 2020 parallel zur Swissbau - Praxisnahe Sicherheitsinformationen als Weiterbildung.

Datum: 18. - 21. Januar 2022

Ort: Basel (CH)

NORTEC

Fachmesse für Produktionstechnik und Maschinenbau

Datum: 25. - 28. Januar 2022

Ort: Hamburg (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 26. - 27. Januar 2022

Ort: Bern Expo (CH)

aqua pro gaz

DIE SCHWEIZER MESSE DER TRINKWASSER-, ABWASSER- UND GASFACHLEUTES

Datum: 09. - 11. Februar 2022

Ort: Bulle (CH)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 15. - 18. Februar 2022

Ort: Nürnberg (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 08. - 10. März 2022

Ort: Stuttgart (D)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 08. - 10. März 2022

Ort: Köln (D)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 15. - 17. März 2022

Ort: Luzern (CH)

IKV-Kunststoffverarbeitung

International Colloquium Plastics Technology Recruiting - Networking - Innovating

Datum: 16. - 17. März 2022

Ort: Aachen (D)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 04. - 08. April 2022

Ort: Frankfurt am Main (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 05. - 08. April 2022

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 26. - 29. April 2022

Ort: München (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 30. Mai - 03. Juni 2022

Ort: München (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 01. - 02. Juni 2022

Ort: Bern (CH)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 21. -24. Juni 2022

Ort: München (D)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 21. - 24. Juni 2022

Ort: München (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 30. August - 01. September 2022

Ort: Nürnberg (D)

K Messe

Weltleitmesse für Kunststoff- und Kautschukindustrie

Datum: 19. - 26. Oktober 2022

Ort: Düsseldorf (D)

electronica

Komponenten, Systeme, Anwendungen, Lösungen

Datum: 08. - 11. November 2022

Ort: München (D)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 08. - 10. November 2022

Ort: Nürnberg (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 29. November - 01. Dezember 2022

Ort: Düsseldorf (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04. - 10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

NEWCAST

Internationale Fachmesse für Gussprodukte mit Newcast Forum

Datum: 12. - 16. Juni 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Partec

Internationales Forum für Forschung und Entwicklung in der Partikeltechnik

Datum: 26. - 28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

Bezugsquellenverzeichnis