Wetenschappers hebben een lasermateriaalverwerkingsmethode ontwikkeld om getextureerde oppervlakken te produceren die vuil en water afstoten. Deze technologie zal voornamelijk worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Het gebruik van coatings die de lotusplant nabootsen, waarvan de bladeren zelfreinigende eigenschappen hebben, komt steeds vaker voor in een breed scala aan toepassingen, van industrie tot geneeskunde. Als er water op deze bladeren valt, het vormt kralen die eraf rollen, nemen stof en vuil mee dankzij de complexe microscopische en nanoscopische structuur van het oppervlak. Ondersteund door het door de EU gefinancierde LASER4FUN-project, een team van onderzoekers heeft een methode bedacht die is geïnspireerd op het lotuseffect en waarbij lasers filigrane patronen rechtstreeks in metalen oppervlakken etsen.

Het proces samenvattend in een persbericht van het Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS, Dr. Tim Kunze zei:"Met ons proces, we willen elke vorm van besmetting op vliegtuigoppervlakken voorkomen." echter, dat "het ook een succes zou zijn als we het op zijn minst aanzienlijk zouden kunnen verminderen."

Lotus-effect

In hetzelfde persbericht wordt opgemerkt dat de ingenieurs een techniek voor directe laserinterferentiepatronen (DLIP) hebben gebruikt. Hierbij wordt met speciale optica een enkele laserstraal gesplitst in meerdere deelstralen die op het te structureren metalen oppervlak weer samenkomen. Het creëert precieze en controleerbare lichtpatronen. "Als het interferentiepatroon wordt gefocust op een titaniumplaat, het hoogenergetische laserlicht smelt en ablateert het materiaal in de heldere gebieden, terwijl het het materiaal in de donkere gebieden onaangetast laat."

Het team merkte op dat deze patronen lijken op hallen van pilaren of golfplaten daken. "De afstanden tussen de pilaren kunnen worden ingesteld tussen 150 nanometer (miljoensten van een millimeter) en 30 micrometer (duizendsten van een millimeter)." Hierdoor ontstaat een oppervlak waarop waterdruppels onvoldoende grip kunnen krijgen. Als resultaat, ze rollen of glijden weg, in plaats van zich uit te spreiden om een ​​film te vormen, vergelijkbaar met het lotuseffect dat in de natuur wordt waargenomen.

Dergelijke waterafstotende of superhydrofobe oppervlakken worden ook geproduceerd door andere technologieën, zoals uitgelegd in het persbericht. "Vandaag, meest lotusachtige coatings op metalen platen, glazen of badkameraccessoires worden nog steeds met speciale processen geproduceerd. Het belangrijkste voordeel van deze coatingmethoden is dat ze grote oppervlakken kunnen behandelen. Echter, de coatings verouderen na verloop van tijd, kunnen gemakkelijk worden beschadigd en voldoen deels niet aan de nieuwe EU-milieuregelgeving die van kracht wordt." De wetenschappers benadrukken dat de constructies die met de DLIP-methode worden geproduceerd wel eens jaren mee kunnen gaan zonder dat er milieuproblemen ontstaan.

Naast vliegtesten met lasergestructureerde coatings op een vliegtuigvleugel, het team onderzoekt ook andere toepassingen voor zijn lotusachtige nanostructuren. De onderzoekers suggereren dat de technologie kan worden gebruikt om te waken tegen namaak of om de biocompatibiliteit van chirurgische implantaten te verbeteren, zoals die in de tandheelkunde worden gebruikt.

Het lopende LASER4FUN-project (European Esrs Network On Short Pulsed Laser Micro/Nanostructuring Of Surfaces) heeft tot doel "oppervlakken te structureren met eigenschappen voor industriële toepassingen, " volgens CORDIS. Het richt zich op de "interactie van laserenergie met verschillende materialen (metalen, halfgeleiders, polymeren, glazen en geavanceerde materialen) en op nieuwe oppervlaktefunctionaliteiten zoals tribologie, esthetiek en bevochtigbaarheid." Een ander doel van het project is het creëren van een internationaal opleidingsnetwerk voor beginnende onderzoekers op het gebied van metaalverwerking.