Superabweisender Kunststoff

Wenn Sie jemals verzweifelt waren, den letzten Tropfen Ketchup oder Waschmittel aus einer Plastikflasche zu holen – oder sich zufällig als Mikrofluidik-Forscher fragen, wie Sie jemals einen billigen Diagnosechip in Massenproduktion herstellen können – Wissenschaftler von GE haben möglicherweise einen Kunststoff für Sie.

Unternehmensforscher haben einen Weg gefunden, ein gängiges Polymer so zu verarbeiten, dass es sogar flüssigkeitsabweisend ist Honigtropfen rollen gleich ab . Die resultierende Eigenschaft wird als Superhydrophobie – oder extreme Abweisung von Flüssigkeiten auf Wasserbasis – bezeichnet, die sogar die eines frisch gewachsten Autos übertrifft.

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Obwohl sich mehrere bestehende technische Materialien auf diese Weise verhalten, ist die Leistung von GE bemerkenswert, da sie mit einem kostengünstigen Kunststoff, Lexan von GE, hergestellt wurde, der normalerweise hydrophil ist, was bedeutet, dass sich Wasser bei Kontakt ausbreitet, und nicht etwas, das von Anfang an hydrophob ist, wie Teflon oder Silikon -basierte Materialien. Diese letzteren Materialien sind im Vergleich zu Lexan, einem allgegenwärtigen Thermoplast, das in Produkten von CDs und DVDs bis hin zu Autoscheinwerfern, Vorratsbehältern für Lebensmittel und üblichen Haushaltsgeräten verwendet wird, weitaus teurer.

Obwohl GE noch keine spezifischen Anwendungen vorhersagt, sind einige theoretisch möglich. Ein billiger superhydrophober Kunststoff könnte in Lebensmittelbehältern verwendet werden, aus denen jedes letzte bisschen Ketchup oder Sirup herausfließen würde. Es könnte auch eine Bauplatte ermöglichen, die Wasser so effizient abweist, dass Regen Schmutz wegspült – was sie im Wesentlichen selbstreinigend macht.

Auch für die Medizin könnte ein solches Material eine Goldgrube sein. Im Bereich der Mikrofluidik werden superhydrophobe Materialien benötigt, damit kleinste Mengen Blut oder andere Körperflüssigkeiten leichter durch mikrometergroße Kanäle fließen können. Obwohl einige superhydrophobe Materialien derzeit erhältlich sind, sind sie teuer genug, um Visionen von Diagnosegeräten auszuschließen, die Sie in einer Drogerie kaufen könnten. Ein billiger Kunststoff könnte einen solchen Einweg-Diagnosechip jedoch machbar machen. Es ist eine große Sache und es ist wichtig für die Mikrofluidik-Anwendungen, sagt Neelesh Patankar, Maschinenbauingenieur und Mikrofluidik-Ingenieur an der Northwestern University.

GE hat seine Forschungsergebnisse aus Gründen des geistigen Eigentums nicht veröffentlicht. Aber das Unternehmen glaubt, dass es auf etwas völlig Neues steht. Unseres Wissens begannen die meisten, wenn nicht alle superhydrophoben Materialien, über die wir bis Mitte letzten Jahres [als das Unternehmen seinen ersten Prototyp herstellte] gelesen hatten, mit bereits hydrophoben Materialien. Es ist viel einfacher, sie superhydrophob zu machen. Wir haben im Loch angefangen, mit etwas, das hydrophil ist. Das sei einzigartig, sagt Margaret Blohm, Advanced Technology Leader für das Nanotechnologie-Labor von GE im Global Research Center in Niskayuna, NY. Wir haben hydrophil in superhydrophob verwandelt. Wir sind wahrscheinlich die erste Gruppe, die dies tut.

GE hat dies durch die Modifikation eines Materials erreicht, das eine tragende Säule seines Kunststoffgeschäfts ist. Und sie haben sich von den Blättern der Lotuspflanze inspirieren lassen, die von Natur aus superhydrophob ist; Eine mikroskopische Untersuchung von Lotusblättern zeigt ihre nanokristalline Wachsstruktur. Die Lotusblattoberfläche hat Zellen mit einer Breite von 5-10 Mikrometern, auf denen sich winzige Wachskristalle mit einer Breite von mehreren zehn Nanometern befinden. Auf einem Lotusblatt sehen Wasserperlen fast wie perfekte Kugeln aus.

GE wollte dieses Muster auf der Oberfläche seines Polycarbonatmaterials nachahmen, indem es die Oberfläche im Wesentlichen auf eine bestimmte Weise aufraute. Tao Deng, Materialwissenschaftler bei GE, ist über den Prozess wortkarg, sagt aber, dass er mit einer chemischen Behandlung der Oberfläche durchgeführt wurde.

GE war mit seinem Prototyp im vergangenen Sommer erfolgreich, hat aber erst in den letzten Wochen begonnen, über den Fortschritt zu diskutieren. Einer der wesentlichen Nachteile ist, dass der Prozess den Kunststoff undurchsichtig und nicht transparent macht. Das heißt, es würde nicht für Plastikfenster oder durchsichtige Lebensmittelbehälter funktionieren. Aber eine klare Version ist nicht weit. Das kommt, sagt Deng.

Selbst die undurchsichtigen Versionen in reale Produkte zu überführen, wird einige Zeit in Anspruch nehmen. GE schätzt, dass es bis zur Kommerzialisierung mindestens fünf Jahre dauern wird, sobald die Herstellungsprobleme gelöst sind. Fünf Jahre sind jedoch nicht so viel Zeit – ungefähr wie lange es dauert, bis der ganze Ketchup aus den heutigen Plastikflaschen tropft.

Bild der Homepage mit freundlicher Genehmigung von GE.

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