Aus einer kleinen Spritze lässt Doris Vollmer Wasser auf ein Glasplättchen fallen. Wie Gummibälle hüpfen die Tröpfchen auf der Oberfläche und rollen schon bei geringer Neigung herunter. Das geht auch mit Öl, sagt die Wissenschaftlerin vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung.
"Wenn ich jetzt hier einfach mal Sonnenblumenöl nehme und wenn ich das jetzt hier drauf fallen lasse, hier sehe ich, dass es runter rollt, aber ich sehe nicht, wie es hochspringt. Dafür muss ich es mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, das heißt ganz, ganz stark zeitaufgelöst mir anschauen."
Im Videofilm prallen die Öltropfen in Zeitlupe auf das Glas, sie verformen sich wie elastische Wasserbomben, hüpfen mehrmals und sammeln dabei Sandkörner ein. Die ölabweisende Schicht, die die Mainzer Wissenschaftler auf das Glas gebracht haben, ist eine Neuerung, denn bisher gibt es kein Verfahren, um größere Oberflächen herzustellen, von denen Fette einfach abperlen, sagt Hans-Jürgen Butt.
"Es gibt ja schon wasserabweisende Schichten oder auch selbstreinigende Schichten, wo Wassertropfen rauf fallen und den Dreck mit runterspülen. Wenn aber diese Oberflächen in Berührung mit Öl, Fett oder wachsartigem Dreck kommen, verstopfen die Poren und der Effekt geht verloren. Also eigentlich muss ich auch eine Oberfläche, die nur, in Anführungsstrichen, wasserabweisend sein soll, so hinkriegen, dass sie Öl abweist, denn sonst verschmutzt die schnell und dann ist der ganze positive Effekt kaputt."
Fenster- oder Brillengläser, von denen selbst Fingerabdrücke abrollen, danach suchten die Mainzer Wissenschaftler. Vor einem Jahr zu Weihnachten dann kam ihnen die Idee, Kerzenruß auszuprobieren. Der besteht aus runden Teilchen, die mit einer Größe von 30 bis 50 Nanometern zu den kleinsten sphärischen Partikeln gehören. Wenn sie sich ablagern - zum Beispiel auf einer Glasplatte, stapeln sie sich übereinander. Dabei entstehen viele Zwischenräume.
"Wenn man diese Rußschicht sieht, da ist 90 Prozent Luft und dazwischen sind nur so Ketten von Partikeln. Also das meiste da drin ist Luft, wie in einem Wald. Also wenn ich von oben auf den Wald guck, dann sehe ich zwar die ganzen Stämme und Bäume aber im Wesentlichen ist es Luft, so ist es hier auch."
Ein Tropfen würde den Ruß leicht abwaschen. Die Wissenschaftler bedampfen ihn daher mit einer Glasschicht. Sie ist hauchdünn und umgibt die schwarzen Kerzenrückstände, als wären sie mit Glas angemalt. So bleibt die Struktur des Rußes erhalten und in die Hohlräume kann kein Öltropfen eindringen.
"Das heißt, im Prinzip würde er es zwar wollen, aber er kann es nicht, weil er lokal sich so stark krümmen müsste um einzudringen, dass die Oberflächenspannung auch des Öltropfens das Ganze verhindert."
Ähnlich ist es bei Wasser. Um die wasserabweisende Wirkung noch zu erhöhen, überziehen die Wissenschaftler die Struktur mit einer dünnen Fluorschicht. Anschließend kommt das Präparat in den Ofen. Dort verbrennt der Ruß, so dass die Schicht transparent wird. Das neuartige Verfahren ist billig und somit für den kommerziellen Einsatz geeignet. Allerdings bleibt den Wissenschaftlern noch ein Problem, denn bisher ist die Erfindung nicht stabil genug, sagt Hans-Jürgen Butt
"Ein Test, den wir uns ausgedacht haben, ist der folgende. Wir nehmen unsere Oberflächen und lassen aus einer bestimmten Höhe Sand drauf rieseln. Die Sandteilchen, die fallen ein Stück, knallen dann auf diese Oberfläche. Und da sehen wir, wenn man das zehn Minuten aus zehn Zentimetern Höhe mit einer bestimmten Sandkörnung macht, dann ist es noch ölabweisend, wenn man es wesentlich länger macht, nicht mehr. Ich könnte zum Beispiel nicht hergehen, mit einem Fingernagel drüberkratzen, dann würde es seine Fähigkeit, Öl abzuweisen, verlieren."
In den kommenden Monaten werden die Wissenschaftler daran arbeiten, die Stabilität der Beschichtung zu verbessern. Ein erster Schritt wird sein, das Glas über der Rußstruktur dicker zu machen. Allerdings bleibt offen, ob die ölabweisende Wirkung dann noch bestehen bleibt. Für Backformen und Pfannen wird die Schicht in absehbarer Zeit sicher nicht stabil genug sein, aber in Bezug auf verschiedene Gläser zeigt sich Doris Vollmer optimistisch.
"Ich persönlich denke da mehr an Touchscreens oder an iPhones, an Brillengläser zum Beispiel. Wenn ich meine Brille aufsetze, ist ja häufig, dass ich dann doch mit meinem Finger ans Brillenglas komme und sofort Fettflecken habe oder auch wenn ich eine Uhr habe. Da gab es auch verschiedene Anfragen von Seiten der Industrie, ob das nicht in absehbarer Zeit möglich wäre und ich denke, dass es da auch eine realistische Chance gibt, dass wir innerhalb des nächsten Jahres soweit sind, dass wir Uhrgläser zum Beispiel beschichten können und auch hinreichend mechanisch stabil beschichten können."
"Wenn ich jetzt hier einfach mal Sonnenblumenöl nehme und wenn ich das jetzt hier drauf fallen lasse, hier sehe ich, dass es runter rollt, aber ich sehe nicht, wie es hochspringt. Dafür muss ich es mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, das heißt ganz, ganz stark zeitaufgelöst mir anschauen."
Im Videofilm prallen die Öltropfen in Zeitlupe auf das Glas, sie verformen sich wie elastische Wasserbomben, hüpfen mehrmals und sammeln dabei Sandkörner ein. Die ölabweisende Schicht, die die Mainzer Wissenschaftler auf das Glas gebracht haben, ist eine Neuerung, denn bisher gibt es kein Verfahren, um größere Oberflächen herzustellen, von denen Fette einfach abperlen, sagt Hans-Jürgen Butt.
"Es gibt ja schon wasserabweisende Schichten oder auch selbstreinigende Schichten, wo Wassertropfen rauf fallen und den Dreck mit runterspülen. Wenn aber diese Oberflächen in Berührung mit Öl, Fett oder wachsartigem Dreck kommen, verstopfen die Poren und der Effekt geht verloren. Also eigentlich muss ich auch eine Oberfläche, die nur, in Anführungsstrichen, wasserabweisend sein soll, so hinkriegen, dass sie Öl abweist, denn sonst verschmutzt die schnell und dann ist der ganze positive Effekt kaputt."
Fenster- oder Brillengläser, von denen selbst Fingerabdrücke abrollen, danach suchten die Mainzer Wissenschaftler. Vor einem Jahr zu Weihnachten dann kam ihnen die Idee, Kerzenruß auszuprobieren. Der besteht aus runden Teilchen, die mit einer Größe von 30 bis 50 Nanometern zu den kleinsten sphärischen Partikeln gehören. Wenn sie sich ablagern - zum Beispiel auf einer Glasplatte, stapeln sie sich übereinander. Dabei entstehen viele Zwischenräume.
"Wenn man diese Rußschicht sieht, da ist 90 Prozent Luft und dazwischen sind nur so Ketten von Partikeln. Also das meiste da drin ist Luft, wie in einem Wald. Also wenn ich von oben auf den Wald guck, dann sehe ich zwar die ganzen Stämme und Bäume aber im Wesentlichen ist es Luft, so ist es hier auch."
Ein Tropfen würde den Ruß leicht abwaschen. Die Wissenschaftler bedampfen ihn daher mit einer Glasschicht. Sie ist hauchdünn und umgibt die schwarzen Kerzenrückstände, als wären sie mit Glas angemalt. So bleibt die Struktur des Rußes erhalten und in die Hohlräume kann kein Öltropfen eindringen.
"Das heißt, im Prinzip würde er es zwar wollen, aber er kann es nicht, weil er lokal sich so stark krümmen müsste um einzudringen, dass die Oberflächenspannung auch des Öltropfens das Ganze verhindert."
Ähnlich ist es bei Wasser. Um die wasserabweisende Wirkung noch zu erhöhen, überziehen die Wissenschaftler die Struktur mit einer dünnen Fluorschicht. Anschließend kommt das Präparat in den Ofen. Dort verbrennt der Ruß, so dass die Schicht transparent wird. Das neuartige Verfahren ist billig und somit für den kommerziellen Einsatz geeignet. Allerdings bleibt den Wissenschaftlern noch ein Problem, denn bisher ist die Erfindung nicht stabil genug, sagt Hans-Jürgen Butt
"Ein Test, den wir uns ausgedacht haben, ist der folgende. Wir nehmen unsere Oberflächen und lassen aus einer bestimmten Höhe Sand drauf rieseln. Die Sandteilchen, die fallen ein Stück, knallen dann auf diese Oberfläche. Und da sehen wir, wenn man das zehn Minuten aus zehn Zentimetern Höhe mit einer bestimmten Sandkörnung macht, dann ist es noch ölabweisend, wenn man es wesentlich länger macht, nicht mehr. Ich könnte zum Beispiel nicht hergehen, mit einem Fingernagel drüberkratzen, dann würde es seine Fähigkeit, Öl abzuweisen, verlieren."
In den kommenden Monaten werden die Wissenschaftler daran arbeiten, die Stabilität der Beschichtung zu verbessern. Ein erster Schritt wird sein, das Glas über der Rußstruktur dicker zu machen. Allerdings bleibt offen, ob die ölabweisende Wirkung dann noch bestehen bleibt. Für Backformen und Pfannen wird die Schicht in absehbarer Zeit sicher nicht stabil genug sein, aber in Bezug auf verschiedene Gläser zeigt sich Doris Vollmer optimistisch.
"Ich persönlich denke da mehr an Touchscreens oder an iPhones, an Brillengläser zum Beispiel. Wenn ich meine Brille aufsetze, ist ja häufig, dass ich dann doch mit meinem Finger ans Brillenglas komme und sofort Fettflecken habe oder auch wenn ich eine Uhr habe. Da gab es auch verschiedene Anfragen von Seiten der Industrie, ob das nicht in absehbarer Zeit möglich wäre und ich denke, dass es da auch eine realistische Chance gibt, dass wir innerhalb des nächsten Jahres soweit sind, dass wir Uhrgläser zum Beispiel beschichten können und auch hinreichend mechanisch stabil beschichten können."