Niet alleen zijn vette vingerafdrukken op glanzende roestvrijstalen oppervlakken onaantrekkelijk, ze vallen ook het oppervlak aan. Een nieuwe nanocoating die door Fraunhofer-onderzoekers wordt ontwikkeld, zal in de toekomst de vervelende vegen voorkomen die het gevolg zijn van het aanraken van roestvrijstalen oppervlakken met vingers. De sleutel tot hun aanpak:speciale nanodeeltjes toegevoegd aan de coating.

De glimmende nieuwe koelkast heeft een fraai roestvrijstalen front. Maar het duurt niet lang voordat de deur bedekt is met donkere vingerafdrukken die moeilijk te verwijderen zijn met alleen een doek en afwasmiddel; het werk vereist eigenlijk wat moeizaam polijsten. Vingerafdrukken zoals deze zijn meer dan alleen lelijk, de vetfilm tast ook het metalen oppervlak aan.

Zeg vaarwel tegen vette uitstrijkjes

Samen met hun collega's van FEW Chemicals GmbH in Wolfen, onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Microstructuur van Materialen en Systemen IMWS in Halle werken nu aan een einde aan dit soort uitstrijkjes. Het geheim zit hem in een coatinglaag die speciale toevoegingen bevat en die water- en olieafstotend is. De effecten van deze laag zijn tweeledig:wanneer de in de coating geïntegreerde deeltjes op het oppervlak van het roestvrij staal neerslaan, het oppervlak wordt ruwer en het oppervlak wordt groter. Wanneer een vinger in contact komt met de koelkastdeur, het raakt alleen de verhoogde punten op het oppervlak en het vet op de vingertop bereikt nooit de "dalen" van het roestvrijstalen oppervlak. Hierdoor wordt het oppervlak dat daadwerkelijk met het vet in aanraking komt zeer klein gehouden. Bovendien is de brekingsindex van de coating aangepast zodat deze overeenkomt met het natuurlijke oliegehalte van de huid. Dit betekent dat licht op ongeveer dezelfde manier wordt gereflecteerd door het gecoate roestvrijstalen oppervlak als door een oppervlak dat is aangeraakt door plakkerige vingers. Als resultaat, de vingerafdrukken zijn nauwelijks zichtbaar.

Analyse van de lagensystemen

Terwijl FEW Chemicals GmbH bezig is met de ontwikkeling van de coatingsystemen, het Fraunhofer-team concentreert zich op de analyse van deze lagen. "We onderzoeken de lagen die zijn gemaakt met niet alleen optische microscopie, maar ook scanning elektronenmicroscopie en atoomkrachtmicroscopie. We kijken hoe groot de afzonderlijke deeltjes in het coatingsysteem zijn en of ze homogeen verdeeld zijn. Het effect van de gebruikte additieven is een ander aandachtspunt van onze analyse, " zegt dr. Jessica Klehm, onderzoeksmedewerker in de business unit "Biologische en macromoleculaire materialen" bij Fraunhofer IMWS. Dergelijke vragen zijn van groot belang bij de beoordeling van de kwaliteit van de coating. Bijvoorbeeld, als de nanodeeltjes aggregeren om grotere deeltjes te vormen, de coating kan hierdoor zijn transparantie verliezen. Aan de andere kant, als de deeltjes te klein zijn, het oppervlak blijft te glad, zodat de vetfilm zich ondanks de coating over grotere vlakken kan hechten.

Voordat deze onderzoeken konden worden uitgevoerd, moesten verschillende uitdagingen worden overwonnen. Eerst en vooral, de monsters moesten worden verkleind. Optimaal onderzoek met optische microscopie en verder onderzoek met andere methoden vereist dat de monsters een dikte hebben van niet meer dan 60 tot 80 micrometer, d.w.z. ongeveer de dikte van een mensenhaar; onderzoek onder een transmissie-elektronenmicroscoop vereist zelfs een monster dat duizend keer dunner is. "We kunnen de monsters niet op maat zagen met een zaag, die de coating zou vernietigen. Daarom verankeren we de monsters in hars en vermalen ze vervolgens tot de gewenste dikte, " legt Dr. Klehm uit.

Automatische testmachine kwantificeert anti-vingerafdrukeffect

Verder ontwikkelen de onderzoekers een automatische testmachine voor de lagen. Het apparaat is niet bedoeld om de deeltjes in de coating te onderzoeken, maar eerder de zichtbaarheid van de vingerafdrukken zelf. De machine doopt een stempel in een oplossing waarvan de samenstelling lijkt op die van de olieachtige film op de menselijke huid. Automatisch werkend en met constant identieke kracht en duur, deze stempel drukt vervolgens op het gecoate oppervlak om "vingerafdrukken" achter te laten. De machine zal een combinatie van spectrometrische en optische procedures gebruiken om te analyseren hoeveel van de oplossing op het oppervlak achterblijft en zo te komen tot een percentage dat het anti-vingerafdrukeffect van de coating aangeeft. De wetenschappers werken momenteel aan het vinden van de ideale combinatie van analytische apparatuur voor dit doel.

En de onderzoekers hebben al een favoriet gevonden tussen de verschillende coatingsystemen die ze hebben onderzocht. De taak is nu om het systeem verder te optimaliseren. De ontwikkelingsactiviteiten moeten eind 2020 zijn afgerond, wanneer de productie van het coatingsysteem op industriële schaal wordt overgedragen aan FEW Chemicals GmbH.