Ultrahydrophobe Oberflächen durch gezieltes Grenzflächendesign: Fid-Bau Portal

Ultrahydrophobe Oberflächen durch gezieltes Grenzflächendesign

Frenzel, R. / Synytska, A. / Nitschke, M. / Stamm, M. / Simon, F. / Grundke, K.

10.1002/cite.200900100.abs

Für viele Anwendungen ist die gezielte Einstellung der Benetzbarkeit von Festkörperoberflächen von großer Bedeutung. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Herstellung ultrahydrophober Oberflächen, deren Anwendungspotenzial sich von selbstreinigenden Beschichtungen bis hin zum oberflächenspannungskontrollierten Flüssigkeitstransport in der Mikrofluidik erstreckt. Im Folgenden werden ausgewählte Strategien zur Erzeugung ultrahydrophober Oberflächen vorgestellt und das Wechselspiel zwischen gezielter Änderung der chemischen Zusammensetzung und der Strukturierung der Festkörperoberfläche auf die Benetzbarkeit näher beleuchtet. Am Beispiel von Kern‐Schale‐Partikeln wurden zum einen die freie Oberflächenenergie der Partikel durch das Anbinden kovalenter Polymerbürsten gezielt verändert und zum anderen hochgeordnete, aber auch ungeordnete, Oberflächentopographien aus dicht gepackten Partikeln mit unterschiedlichen Rauheiten hergestellt. Dabei wurde die Rauheit durch Verwendung von Partikeln mit unterschiedlichem Durchmesser (200 nm bis 20 μm) variiert. Oberflächen mit hierarchisch rauen Topographien wurden durch eine anodische Oxidation von Aluminium erhalten. Auf solchen Oberflächen applizierte Copolymere unterliegen einer molekularen Selbstorganisation, bei der sich hydrophobe Segmente an der Grenzfläche Polymer/Luft anreichern und so dem Material ultrahydrophobe Eigenschaften verleihen. Hydrophile Segmente reichern sich in der Grenzschicht Metalloxid/Polymer an und sorgen so für eine gute Haftungfestigkeit der polymeren Beschichtung. Hierarchisch raue Oberflächen konnten auch durch ein Plasmaätzen von Polymeren erreicht werden. Binäre Polymerbürsten, die an so vorbehandelte Oberflächen kovalent angebunden wurden, ermöglichten ein reversibles Schalten zwischen vollständiger Benetzung und Ultrahydrophobie.