Schwarz-weiße Mikroskopaufnahme der Nanokegel

Wie Tautropfen einfach abperlen

Viele Kunststoffe und Silikongummis sind stark wasserabweisend und lassen Regentropfen einfach abperlen. Doch winzige Tautröpfchen können auf diesen Materialien dennoch haften bleiben. Nun entdeckten Wissenschaftler eine effektive Strategie gegen ein solches Benetzen. Sie analysierten die Nanostrukturen auf der Oberfläche von Zikadenflügeln, die selbst bei dichtem Nebel völlig trocken bleiben. In der Fachzeitschrift „Nature Materials“ präsentieren sie die Ursachen für die extrem guten hydrophoben Eigenschaften und die erfolgreiche Synthese einer bionischen Oberfläche nach Vorbild der Insektenflügel.

„Vor allem hydrophobe Nanokegel sind dafür verantwortlich, dass keine Tröpfchen auf der Oberfläche haften bleiben“, sagt David Quéré von der französischen Universität Paris-Diderot. Genau solche Nanokegel entdeckte der Forscher auf den Flügeln von Zikaden der Art Psaltoda claripennis unter einem Atomkraftmikroskop. Auf den transparenten Flügeln ballten sich Tausende Nanokegel, die an der Basis etwa zweihundert, an der Spitze aber nur wenige Nanometer breit waren. Für die Zikaden ist diese Antibenetzungseigenschaft überlebenswichtig, um auch bei Nebel oder hoher Luftfeuchte trockene Flügel zu behalten.

In weiteren Versuchen bauten Quéré und seine Kollegen die filigranen Nanostrukturen mit lithografischen Verfahren nach. Dabei ordneten sie auf einer Oberfläche sowohl winzige Nanokegel als auch Nanozylinder mit einer Höhe von bis zu 115 Nanometern an. Diese Nanostrukturen beschichteten sie danach mit einer stark wasserabweisenden Silan-Verbindung. Anschließend setzten die Forscher diese Oberflächen in einer Klimakammer einer Atmosphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit aus. Waren die Flächen dabei kühler als die Umgebung, konnten winzige Tröpfchen auf den Oberflächen kondensieren. Auf einer Oberfläche mit Nanozylindern blieben die winzigen Wassertröpfchen schon deutlich schlechter haften als auf einer glatten Fläche aus dem hydrophoben Material.

Doch am besten rannen die Tröpfchen auf einer Fläche mit Nanokegeln ab. Für diesen Effekt machten die Wissenschaftler die konische Struktur der Kegel verantwortlich, da sie das Zusammenballen kleiner Tröpfchen zu größeren, abrinnenden Tropfen unterstützte. Diese Studie liefert nun die Grundlage für neue nanostrukturierte Materialien, auf denen selbst bei dichtem Nebel keine Tröpfchen dauerhaft haften bleiben. Allerdings fehlt bisher eine Fertigungsmethode, um solche nanostrukturierten Oberflächen günstig und im großen Maßstab herzustellen.