Zur Übersicht

Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Bioinspirierte Härchenoberflächen aus Polymeren

Mittwoch (18.09.2019)
16:30 - 17:00 Uhr Florenz

In der Natur dienen feine Haare auf Oberflächen vielen Funktionen. So werden sie für wasserabweisende oder selbstreinigende Eigenschaften eingesetzt, aber auch für den Transport von Flüssigkeiten. Es gibt deshalb großes Interesse daran, solche Oberflächen auf einfache Weise nachbauen zu können.

Wir berichten über eine Methode, mit der Härchen-Oberflächen aus Standardpolymeren wie Polyethylen oder Polypropylen hergestellt werden können. Dabei kommen mirkroporöse Membranen zum Einsatz, die zum Beispiel durch Ionenspurätzen in Polykarbonat erzeugt wurden. Damit können wir über Abformung in sehr reproduzierbarer Weise haarartige Strukturen herstellen, die Aspektverhältnisse zwischen 10 und mehr als130 aufweisen. Dies gelingt bei Haardichten von bis zu 2 Millionen Haaren pro cm2. Der Prozess ist auch deshalb attraktiv, da er ohne spezielles Equipment in wenigen Sekunden durchgeführt werden kann. Damit ist er auch für verschiedene industrielle Anwendungen sehr interessant.

In systematischen Studien haben wir zeigen können, wie die Topologie und die Geometrie der erzeugten Haare von den Parametern Temperatur, Druck, Zeit und Porengröße der Membran abhängt. Der Prozess wird dabei vom Wechselspiel dreier Kräfte kontrolliert: Zum einen ist das die Adhäsionskraft und die Reibung an der Poreninnenwand, die den Zug an den Zylindern bedingen, zum anderen ist es die Fließgrenze, die für das Kaltverstrecken überwunden werden muss. Bei kleineren Poren ist die Adhäsion starker als die Fließgrenze und die zylindrischen Strukturen in der Pore werden verstreckt. Mit zunehmenden Porenradius, aber nimmt die Fließgrenze exponentiell zu, während die Adhäsionskraft nur linear ansteigt.

Die erhaltenen Mikrostrukturen beeinflussen in starkem Maße die Benetzungseigenschaften des Polyolefinsubstrates. Eine unstrukturierte Probe zeigt einen Wasserkontaktwinkel von 93°, der nach der Haarerzeugung auf 160° ansteigt – einem Wert der für superhydrophobe Oberflächen charakteristisch ist.

Weitere Arbeiten innerhalb dieses Projektes sollen nun einen detaillierteren Blick auf den Einfluss der Prozessparameter während des Abformens erlauben und so zu einer besseren Kontrolle der Strukturdimensionen dieser interessanten Oberflächenarchitekturen führen.

 

Sprecher/Referent:
Prof. Dr. Jürgen Rühe
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg