Superhydrophob: Dieses Laser-behandelte Metall bleibt bei Regen trocken

Fällt ein Wassertropfen auf eine Oberfläche aus Metall, bleibt er daran haften, und das Wasser breitet sich aus. Eine Metalloberfläche hingegen, die Chunlei Guo präpariert hat, bleibt trocken. Das Wasser prallt vollständig davon ab. Superhydrophob nennt Guo diese Eigenschaft, superwasserabweisend.

Damit eine Metalloberfläche superhydrophob wird, muss sie mit einem Laser behandelt werden: Guo und sein Kollegen Anatoliy Vorobyev beschossen das Metall mit ultrakurzen Pulsen aus einem starken Laser - die Länge der Laserpulse liegt im Bereich von Femtosekunden. Auf diese Weise werden parallele Rillen in die Oberfläche geschnitten. Die Rillen ergeben ein komplexes Muster aus Mikro- und Nanostrukturen, das das Metall hydrophob macht.

Es kann nichts abblättern

Vorteil dieses Verfahrens sei, dass die Strukturen Teil der Oberfläche werden. Das mache sie wasserabweisenden Beschichtungen überlegen: Eine Schicht, etwa aus Teflon, dem bekanntesten hydrophoben Material, blättert mit der Zeit ab. Die Rillen hingegen bleiben in der Oberfläche.

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Feine Stukturen, mit einem Laser in eine Metalloberfläche geschnitten, machen diese extrem wasserabweisend. (Foto: Adam Fenster/ University of Rochester)

"Das Material ist so wasserabweisend, dass das Wasser wirklich davon abprallt. Da landet es wieder auf der Oberfläche, prallt noch einmal und rollt dann einfach von der Oberfläche ab", sagt Guo. Damit Wasser von einer Teflonoberfläche ablaufe, müsse diese um fast 70 Grad gekippt werden. Bei seiner Laser-behandelten Oberfläche hingegen reichten 5 Grad.

Behandeltes Metall ist tiefschwarz

Außer Wasser abzuweisen, habe das mit Laser behandelte Metall noch eine weitere praktische Eigenschaft, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Journal of Applied Physics: Es ist tiefschwarz. Das bedeutet, es absorbiert Licht. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise ein Sonnenkollektor, der sich selbst reinigt: Trifft Wasser auf die Oberfläche, nimmt es allen Schmutz darauf gleich mit. Die Forscher haben das mit Staub aus einem Staubsaugerbeutel getestet: Ein Dutzend Wassertropfen reichte aus, um den Staub zu entfernen.

Eine andere Anwendung sieht Guo in der Luftfahrt: Auf Tragflächen, die eine solche Oberfläche haben, sammelt sich kein Wasser. Das bedeutet, sie kann auch nicht vereisen. Metalloberflächen, die alles Wasser abschütteln, können zudem nicht rosten.

Gates fördert Guo

In Ländern, in denen es wenig regnet, könnten Einrichtungen, um Regenwasser aufzufangen, aus superhydrophoben Materialien hergestellt werden. Das würde das Wasserauffangen effizienter machen, sagt Guo. Latrinen aus einem solchen Material seien auch dann hygienisch, wenn es kein Wasser zum Spülen gibt. Wegen solcher Überlegungen hat die Bill and Melinda Gates Foundation die Arbeit mitfinanziert.

Die Forscher wollen prüfen, ob sich außer Metallen auch andere Materialien derart behandeln lassen. Praktisch wäre etwa Glas: Superhydrophobe Autoscheiben kämen ohne Scheibenwischer aus. Fenster müssten nicht mehr geputzt werden und blieben trotzdem sauber. Allerdings ist das Verfahren, um eine Oberfläche superhydrophob zu machen, noch nicht massentauglich: Derzeit dauert es eine Stunde, um ein Metallstück von 2,5 x 2,5 cm Größe entsprechend zu präparieren

Angefangen hat Guo übrigens vor einigen Jahren mit dem Gegenteil: Er hatte ein superhydrophiles Material geschaffen. Das zieht Wasser derart an, dass es sogar aufwärts fließt: Wird Wasser auf das untere Ende einer schrägen Ebene mit einer superhydrophilen Oberfläche geträufelt, fließt das Wasser bergauf, bis es die ganze Oberfläche bedeckt.