Brillen hoeven nooit meer schoongemaakt te worden, en vuile voorruiten behoren tot het verleden! Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Polymeeronderzoek in Mainz en de Technische Universiteit Darmstadt zijn nu veel dichter bij het bereiken van dit doel. Ze hebben kaarsroet gebruikt om een ​​transparante superamfifobe coating van glas te produceren. Olie en water rollen beide van deze coating af, helemaal niets achterlaten. Iets wat zelfs gold toen de onderzoekers de laag met zandstralen beschadigden. Het materiaal dankt deze eigenschap aan zijn nanostructuur. Oppervlakken die op deze manier zijn verzegeld, kunnen overal worden gebruikt waar vervuiling of zelfs een waterfilm schadelijk of gewoon hinderlijk is.

Doris Vollmer heeft er een hekel aan dat haar bril altijd zo snel vies wordt. Echter, de wetenschapper, die een onderzoeksgroep leidt bij het Max Planck Institute for Polymer Research, is op zoek naar een oplossing voor het probleem - en zij en haar team zijn nu een stuk dichter bij het vinden van een oplossing. Een transparante coating die zeer goed water en olie afstoot, zoals nu wordt gepresenteerd door de in Mainz gevestigde onderzoekers, kon niet alleen water en vuil weghouden van de lenzen in brillen en autoruiten, maar ook, bijvoorbeeld, van de glazen gevels van wolkenkrabbers. Het kan ook bloedresten of besmette vloeistoffen op medische apparatuur voorkomen.

De coating bestaat in wezen uit een uiterst eenvoudig materiaal:silica, het hoofdbestanddeel van al het glas. De onderzoekers bedekten dit met een gefluoreerde siliciumverbinding, waardoor het oppervlak al water- en olieafstotend is, als een koekenpan met antiaanbaklaag. Het echt slimme deel is de structuur van de coating, echter. Dit maakt het glas super waterafstotend en super olieafstotend. In een koekenpan met dit type coating, water en olie zouden gewoon in de vorm van druppels rondrollen. De structuur van de laag lijkt op een sponsachtig labyrint van volledig ongeordende poriën, die bestaat uit kleine bolletjes.

Roet van de kaarsvlam als model voor de poreuze glasstructuur

“De afgeronde oppervlakken kunnen zelfs door oliën met een lage viscositeit niet nat worden, hoewel dit energetisch het meest gunstig zou zijn, ', zegt Doris Vollmer. Dit komt omdat de vloeistoffen die zelfs gefluoreerde oppervlakken bevochtigen, over deze bollen zouden moeten worden gedrukt, die ongeveer 60 nanometer meten (een nanometer komt overeen met een miljoenste millimeter), om een ​​film op het oppervlak te vormen. Dit kost te veel energie.

Een dergelijke coating zou ideaal zijn voor tal van toepassingen, niet in de laatste plaats omdat het zo gemakkelijk te produceren is. “We kunnen het zelfs in jampotten produceren, ', zegt Doris Vollmer. En het roet van een kaarsvlam, waarvan de onderzoekers iets maakten dat leek op een glasafdruk, diende als model voor de poreuze structuur van de bollen. De onderzoekers begonnen door een glasplaatje in een vlam te houden zodat de roetdeeltjes, met een diameter van ongeveer 40 nanometer, vormde een sponsachtige structuur op het glas. De volgende stap was om het in een glazen vat met silica te bekleden - zelfs een jampot zou voldoende zijn - door een vluchtige organische siliciumverbinding en ammoniak op de roetafzetting af te zetten. Toen ze het materiaal vervolgens verhitten, het roet ontleed. De volgende stap was het opdampen van een gefluoreerde siliciumverbinding op de holle silicastructuur.

Vervolgens probeerden ze deze coating nat te maken met verschillende vloeistoffen. Echter, het is ze niet gelukt, zelfs als ze er hexadecaan van grote hoogte op laten druppelen; in een koekenpan met antiaanbaklaag, hexadecaan verspreidt zich als water in een wasbak. “Aanvankelijk, een druppel olie drong door in de sponsachtige structuur, maar stuiterde toen terug als een rubberen bal, ', legt Doris Vollmer uit. Hoewel een deel van de vloeistof in de poriën bleef en het materiaal nat maakte, wanneer het grootste deel van de druppel met een lagere snelheid naar de oppervlakte terugkeerde na het opstuiteren, het trok de kleine hoeveelheid hexaan die was achtergebleven weer uit de glasporiën. Eindelijk, de herenigde drop bleef als een bal op het oppervlak liggen (zie video). De onderzoekers in Mainz testten de superamfifobe laag met in totaal zeven vloeistoffen en ontdekten dat er geen enkele werd opgezogen door de glazen spons.

Systematisch onderzoek naar zelfreinigende coating

“Omdat het materiaal water en olie zo goed afstoot, het zou geschikt zijn als zelfreinigende coating voor een groot aantal toepassingen, ” zegt Hans-Jürgen Butt, Afdelingsdirecteur bij het in Mainz gevestigde Max Planck Institute waar Doris Vollmer met haar groep werkt. En zelfs als een deel van de laag werd verwijderd, de glasstructuur bleef superamfifoob. Dit komt omdat de interne structuur dezelfde is als de structuur op het oppervlak. Het verliest zijn zelfreinigende eigenschappen pas als de laag dunner wordt dan een micrometer. En dit is precies wat er in de praktijk vrij snel zou gebeuren, zelfs als een zelfreinigende sponsstructuur van enkele micrometers dik werd gebruikt om de lenzen van een bril of een ruit te coaten. Toen de onderzoekers zand op de delicate glasstructuur lieten druppelen, de coating was vrij snel weggesleten. “In een volgende stap we willen daarom een ​​laag ontwikkelen die superamfifoob is, met betere mechanische stabiliteit, ', zegt Doris Vollmer.

Met behulp van dergelijke coatings willen de onderzoekers meer te weten komen over de factoren die bepalen hoe goed een materiaal water en olie afstoot. “We kennen deze relatie nog steeds niet in detail, ", zegt Hans-Jürgen Butt. “Het zoeken naar superamfifobe materialen is dus min of meer een kwestie van vallen en opstaan.” Zodra de onderzoekers systematisch begrijpen waarom een ​​vloeistof een oppervlak wel of niet nat maakt, industriële bedrijven kunnen specifiek zelfreinigende coatings ontwikkelen voor toepassingen in de architectuur, optica en geneeskunde.