Lösungsmittelchemie Sensoren und Sonnenkollektoren einfach aufdrucken
Mit einem Trick vermeiden Forscher, dass sich beim Trocknen von Tropfen ein Ring bildet. Das hat weitreichende Auswirkungen.
Jeder kennt das: Ein verkleckerter Kaffeetropfen trocknet auf dem Tisch. Was zurückbleibt, ist ein dunkler Ring mit einem Loch in der Mitte. Die Inhaltsstoffe des Kaffees wandern mit dem Wasserstrom innerhalb des Tropfens an dessen äußere Grenze zwischen Tisch, Tropfen und Luft, wo die Flüssigkeit verdunstet. Dieser sogenannte Coffee Ring Effect ist schuld daran, dass sich im Wasser gelöste Inhaltsstoffe ungleichmäßig auf einer Oberfläche verteilen. „Empfindliche High-Tech-Oberflächenbeschichtungen mit bestimmten Eigenschaften konnte man deswegen auf diese Weise bisher nicht herstellen“, sagt Prof. Dr. Nicolas Plumeré, Leiter der Forschergruppe Molekulare Nanostrukturen und Mitglied des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv.
Schonend beschichten
Die Beschichtung von Oberflächen mittels Besprühen durch kleinste Tröpfchen mit darin gelösten Materialien ist für das Trägermaterial aber wesentlich schonender als viele andere Methoden. Um sie nutzen zu können, haben Plumeré, Prof. Dr. Thomas Happe und Kollegen eine Methode entwickelt, die den Effekt austrickst. Sie berichten im renommierten Journal „Chemical Science“, online vorab veröffentlicht am 23. August 2018.
Schwefel erzwingt eine Bindung
Dazu versahen sie die im Wasser gelösten Moleküle mit einer kleinen Schwefelgruppe, die so verpackt ist, dass sie nur im Kontakt mit Sauerstoff aktiv wird. Trocknet ein Tröpfchen der Lösung, kommt der Sauerstoff ins Spiel. Die Schwefelgruppe zwingt dann die im Wasser gelösten Moleküle dazu, sich miteinander zu verbinden, sodass sie ein Netz bilden. „Der Tropfen ist dann nicht mehr flüssig, sondern eine Art Gel“, veranschaulicht Plumeré. Die Moleküle können damit nicht mehr an den Rand des Wassertropfens wandern und bleiben während des Trocknens an Ort und Stelle. So entsteht eine gleichmäßige Schicht ohne Löcher. Die Schwefelgruppe beeinflusst die Funktionalität der späteren Beschichtung nicht.
Methode ist auf andere Anwendungen übertragbar
„Es sind zahlreiche weitere Anwendungen denkbar“, sagt Plumeré. „So wäre es zum Beispiel möglich, Solarkollektoren praktisch direkt auf Dächer aufzudrucken.“
