Selbstreinigungsmechanismus auf laserstrukturierten Oberflächen – Der Einfluss von Oberflächentopografie und -energie auf die Partikelentfernung.

• Antragsteller: Dr.-Ing. Georg Schnell; Dr.-Ing. Stefan Schröder
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567110535

Die Selbstreinigung ist eine Eigenschaft, die in der Natur bei bestimmten Organismen zu beobachten ist und vom Menschen genutzt wird, um den Traum von einer verschmutzungsfreien Oberfläche zu verwirklichen. Die Entfernung von Schmutz oder Verunreinigungen ohne eigene Anstrengung hat die Entwicklung verschiedener Konzepte künstlicher selbstreinigender Oberflächen ausgelöst. Ausschlaggebend für die Selbstreinigung sind die Topographie und die Energie der Oberfläche und der Verschmutzung. Die genaue Rolle und das Zusammenspiel von Oberflächentopographie und Oberflächenenergie wird jedoch noch diskutiert. Nach dem Vorbild der Natur soll in diesem Projekt geklärt werden, welchen Einfluss die Oberflächentopografie und die Oberflächenenergie auf die Selbstreinigungsfähigkeit von laserfunktionalisierten Oberflächen haben. Die Kräfte, die bei der Ablösung von Partikeln wirken, werden durch initiierte chemische Gasphasenabscheidung (iCVD) und laserbasiert Nano- und Mikrotexturierung verändert. Mit Hilfe eines kraftbasierten Goniometeraufbaus sollen grundlegende Erkenntnisse über die Ablösung von Partikeln auf funktionalisierten Oberflächen gewonnen werden, um die Selbstreinigungsfähigkeit von mit Ultrakurzpulslasern (UKPL) bearbeiteten und funktionalisierten Oberflächen mit hohem Potenzial für großtechnische Anwendungen zu verbessern. Die Universität Rostock wird durch UKPL-Behandlung Oberflächentopographien mit unterschiedlichen Nano- und Mikrokavitäten auf Edelstahl erzeugen. Diese Oberflächenenergie werden durch iCVD präzise eingestellt mithilfe von ultradünnen Polymerfilmen, die durch die Universität Kiel appliziert werden. Darüber hinaus wird die Partikeloberflächenenergie durch iCVD von nano- bis mikroskopisch kleinen Partikeln modifiziert, um eine Partikelmischung zu erzeugen, die reale Verunreinigungen soweit wie möglich nachbildet. Mit Hilfe eines etablierten Tropfen-Adhäsionskraft-Instruments, das mit einem Fluoreszenzmikroskop gekoppelt ist, ist die simultane Messung der lateralen Adhäsionskraft und die Visualisierung der Partikelablösung durch gezogene Tropfen durchführbar. Dies ermöglicht einen qualitativen und quantitativen Einblick in die Partikelablösung auf den funktionalisierten Oberflächen, um den Einfluss der Oberflächentopographie und der Oberflächenenergie auf die Selbstreinigung aufzuzeigen. Darüber hinaus sollen fluorfreie Moleküle entwickelt werden, um eine nachhaltige Lösung für die chemische Modifizierung laserstrukturierter Oberflächen zu finden. Der Schwerpunkt wird auf der Bindung der Polymere an UKPL-behandelte Oberflächen liegen, die auch mechanische und chemische Belastungen standhalten. Ausgehend von einem Edelstahlsubstrat, das durch die UKPL einzigartige Oberflächentopografien ermöglicht und für viele industrielle Anwendungen relevant ist, werden die Ergebnisse in einer zweiten Förderperiode auf ein Glassubstrat und photovoltaische Anwendungen übertragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Franz Faupel; Professor Dr.-Ing. Hermann Seitz