Oxide von seltenen Erden machen Oberflächen hydrophob
Oberflächen, die mit chemischen Verbindungen aus seltenen Erden beschichtet werden, entwickeln durch den Kontakt mit Luft wasserabweisende Eigenschaften.
Dabei kommt es bereits bei Raumtemperatur zu chemischen Reaktionen mit Kohlenwasserstoffen, die sich in der Umgebungsluft befinden. Dass diese Reaktionen für den hydrophoben Effekt verantwortlich sind, berichten Forscher im Wissenschaftsjournal Scientific Reports.
Vielseitige Einsatzmöglichkeiten
Seltene Erden sind Metalle, die erstmals in seltenen Mineralien gefunden wurden. Sie werden heute unter anderem in Autokatalysatoren und Batterien eingesetzt, zur Produktion von Bildschirmen oder Leuchtmitteln benötigt oder als Kontrastmittel in der Magnetresonanztomografie verwendet. Durch ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten sind seltene Erden begehrt, und ihr Bedarf steigt ständig.
Untersuchungen auf Glasplatten
Zusätzliche Anwendungen für seltene Erden eröffneten sich, als 2013 amerikanische Forscher berichteten, dass Oberflächen, die mit den Oxiden seltener Erden beschichtet werden, von sich aus wasserabweisende Eigenschaften besitzen. Wissenschaftler der Universität Basel, des Swiss Nanoscience Institute und des Paul Scherrer Instituts haben die hydrophoben Eigenschaften nun zusammen mit der Firma Glas Trösch im Experiment detailliert untersucht.
Hydrophob erst nach chemischer Reaktion
Dazu beschichteten sie Glasplatten mit Oxiden, Nitriden und Fluoriden von seltenen Erden und analysierten, wie gut sie sich mit Wasser benetzen lassen. Bei frisch hergestellten Beschichtungen konnten die Forscher zunächst keine hydrophoben Eigenschaften feststellen. Erst chemische Reaktionen mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen, die sich in der Umgebungsluft befinden, verleihen den Oberflächen eine erhöhte Rauheit und verringern die Benetzbarkeit mit Wasser.
Altern der Oberfläche ruft Effekt hervor
Die gasförmigen organischen Verbindungen aus der Umgebungsluft werden zunächst an der Oberfläche adsorbiert und reagieren dann mit den Oxiden zu Karbonaten und Hydroxiden bis die Oberfläche komplett mit diesen Verbindungen bedeckt ist. Dieser Prozess findet bereits bei Raumtemperatur statt. „Wir waren überrascht, dass erst das Altern der Oberfläche den wasserabweisenden Effekt hervorruft“, kommentiert Prof. Ernst Meyer vom Departement Physik der Universität Basel die Ergebnisse des Projekts. Aus wissenschaftlicher Sicht ist das sehr aufschlussreich, da auch katalytische Prozesse oft bei Raumtemperatur ablaufen und es wichtig ist, die physikalischen Eigenschaften der Oberfläche zu verstehen.
Nicht für industrielle Produktion geeignet
Für eine industrielle Produktion wasserabweisender Glasoberflächen eignen sich die untersuchten Materialien allerdings offensichtlich nicht, da erst eine aufwendige Lagerung der Gläser erforderlich wäre, bevor sie die gewünschten wasserabweisenden Charakteristika ausweisen.