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Laserforschung aus Vorarlberg vom "nebeltrinkenden" Wüstenkäfer inspiriert

FHV
19.09.2017 06:55

Logo der FH Vorarlberg bestehend aus Wasser. Die Oberfläche wurde mittels Clear Surface so verändert, dass Wasser nur bestimmte Bereiche benetzt. Die umliegende Oberfläche verhält sich ähnlich wie eine Lotusblüte und lässt Wasser sofort abperlen.

Dornbirn/Rankweil (A) Die FH Vorarlberg und Spectra Physics Rankweil haben einen neuartigen Herstellungsprozess für funktionale Oberflächen entwickelt. Wie der Käfer sammelt die bionische Glasoberfläche mit hoher Effizienz Wasser aus der Luft.

Der Stenocara gracilipes ist in der Wüste beheimatet. Um lebensnotwendiges Wasser aus Nebelschwaden zu sammeln, hat der Käfer einen besonderen Trick entwickelt: Winzige Hügel auf seinen Flügeln weisen eine glatte, wasseranziehende Oberfläche auf. Die Täler dazwischen sind hingegen rau und mit einer wachsähnlichen Substanz überzogen, sodass sie Feuchtigkeit abweisen. Sobald die an den Erhebungen hängenden Wassertropfen eine gewisse Größe erreicht haben, lösen sie sich und rollen durch die Rinnen herab zum Maul des Käfers. Dieses Verhalten aus der Natur konnte nun ein Forschungsteam an der FH Vorarlberg mittels Laserbearbeitung auf eine Glasoberfläche übertragen. Dr. Sandra Stroj, die Leiterin des Josef Ressel Zentrums für Materialbearbeitung mit ultrakurz gepulsten Laserquellen erklärt: „Gemeinsam mit dem Laserhersteller Spectra Physics Rankweil haben wir einen neuen hybriden Prozess aus Laserstrukturierung und Beschichtung entwickelt. Dadurch ist es möglich, eine Oberfläche ganz gezielt an bestimmten Stellen so zu verändern, dass Wasser abperlt – sie wird superhydrophob. An anderer Stelle kann aber auch das Gegenteil erreicht werden. Wasser wird von der selben Oberfläche aufgesaugt wie ein Schwamm – sie wird superhydrophil.“ Das Besondere an dem Verfahren ist, dass sich diese Eigenschaften – wasseranziehend und wasserabweisend – beliebig kombinieren lassen.
„Wir können mit dem Ultrakurzpuls-Laser diese Benetzungskontraste nach beliebigen Mustern herstellen. Ein Beispiel dafür ist das komplett aus Wasser bestehende Logo der FH Vorarlberg auf einer ebenen Glasoberfläche.“

Zum Patent angemeldet
Weitere Anwendungsmöglichkeiten sehen die Forscherinnen und Forscher auch im Bereich der Mikrofluidik. Die mit dem Ultrakurzpuls-Laser herstellbaren Benetzungskontraste sind so groß, dass sich Wasser auf einer ebenen Oberfläche so führen lässt, als wäre es in einem tiefen Kanal. (Siehe beigestelltes Video) Hier öffnen sich für die Forscherinnen und Forscher viele mögliche Anwendungen. Das „Clear Surface“ getaufte Verfahren wurde nun gemeinsam mit dem Projektpartner Spectra Physics Rankweil zum Patent angemeldet.

Untersuchungen der Laser-Materie Wechselwirkung
Seit vielen Jahren beschäftigt sich eine Gruppe von Forscherinnen und Forschern an der FH Vorarlberg mit der Anwendung von ultrakurz gepulsten Lasern. Durch die enge Zusammenarbeit mit Spectra Physics (ehemals HighQLaser), einer der weltweit führenden Hersteller dieser besonderen Laserquellen, ist es möglich, Forschung am neuesten Stand der Lasertechnik zu betreiben. Mit der Gründung eines gemeinsamen Forschungslabors – dem Josef Ressel Zentrum – wurde die Zusammenarbeit 2014 intensiviert. Einer der Forschungsschwerpunkte ist die sogenannte bionische Oberflächenfunktionalisierung von Materialien, wie z.B. Metallen, Halbleitern und Gläsern nach dem Vorbild der Natur. Damit lassen sich unter anderem Eigenschaften wie „anti-icing“ oder „anti-fogging“ oder „fog-collecting“ (Bild 4) erzeugen oder mikrofluidische Kanäle in 2-D realisieren.

Spectra Physics Logo aus Wasser. Das Verfahren lässt sich unter anderem für offene mikrofluidische Anwendungen einsetzen. Es besteht die Möglichkeit, Wasser anstatt durch geschlossene Kanäle auf einer ebenen Oberfläche zu führen.