Nanofaser-Beschichtungen mit dual-responsiver Benetzbarkeit
Durch den Einsatz von Poly-o-Toluidin-Nanofasern wird eine intelligente Oberfläche entwickelt, die ihre Benetzbarkeit per UV-Licht oder elektrischen Stimulus umschalten kann.
Intelligente Oberflächen mit einstellbarer Benetzbarkeit gewinnen sowohl in der Grundlagenforschung als auch in industriellen Anwendungen, bei denen die Kontrolle über Oberflächenwechselwirkungen mit Flüssigkeiten von entscheidender Bedeutung ist, zunehmend an Bedeutung. Die Benetzbarkeit fester Oberflächen hängt hauptsächlich von ihrer chemischen Zusammensetzung und Oberflächentopographie ab. Durch die Anwendung externer Reize ist es möglich, diese Oberflächeneigenschaften zu verändern und dynamische Übergänge zwischen hydrophilen (wasseranziehenden) und hydrophoben (wasserabweisenden) Zuständen zu ermöglichen.
In der Studie synthetisierten Forschende Poly-o-toluidin-Nanofasern durch einen einfachen Grenzflächenpolymerisationsprozess in einem wässrig-organischen System. Diese Nanofasern wurden dann zur Herstellung superhydrophober Beschichtungen verwendet, die mittels einer Sprühttechnik bei Raumtemperatur aufgetragen wurden. Die resultierenden Beschichtungen zeigten eine dual-responsive Benetzbarkeit, die einen reversiblen Wechsel zwischen superhydrophoben und hydrophilen Zuständen ermöglichte. Dieses Verhalten wurde durch ultraviolettes (UV) Licht und elektrische Stimulation gesteuert.
Lesetipp: Lacksysteme
Die Nanotechnologie hat mittlerweile in vielen Bereichen einen besonderen Stellenwert eingenommen. Erhalten Sie dank zahlreicher Beispiele einen Überblick über alle wichtigen Felder der chemischen Nanotechnologie – vom Rohstoff bis zu nanobasierten Beschichtungen. Schritt für Schritt werden in „Silicium- und Nanotechnologie für Lacksysteme“ Grundlagen vermittelt sowie die Synthese und Polymerchemie, die Herstellung von Nanomaterialien und Beschichtungssystemen beschrieben und deren Anwendungsfelder ausführlich vorgestellt.
Durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) wurde festgestellt, dass die Bestrahlung mit UV-Licht die chemische Zusammensetzung der Oberfläche veränderte, was wiederum die Benetzbarkeit beeinflusste. Durch die Anwendung eines elektrischen Stimulus wurde die Benetzbarkeit der Oberfläche durch die Umverteilung von Ladungen und die Ausrichtung elektrischer Dipole entlang der Flüssig-Fest-Grenzfläche verändert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Poly-o-toluidin-Beschichtungen als „intelligente“ Oberflächen fungieren können, die flexibel auf Umwelteinflüsse reagieren, und sich potenziell für Bereiche eignen, in denen eine anpassungsfähige Benetzbarkeit erforderlich ist, wie z. B. in der Mikrofluidik, bei Antifouling-Beschichtungen und in der Sensortechnologie.
Quelle: Journal of Coatings Technology and Research, Vol. 21, S. 1255–1262 (2024).