Giftfrosch-Technik: Bionische Haut soll Tragflächen enteisen

Durch winzige Poren in der Beschichtung dringt Frostschutzmittel, das die Eisbildung auf der Oberfläche deutlich verzögert
Wasser perlt an der super­hydro­phoben Oberfläche ab. Zuvor ließ ein Frost­schutz­mittel, das durch feine Poren nach außen drang, Eiskristalle schmelzen.
Wasser perlt an der super­hydro­phoben Oberfläche ab. Zuvor ließ ein Frost­schutz­mittel, das durch feine Poren nach außen drang, Eiskristalle schmelzen.
© K. Rykaczewski, ASU
Tempe (USA) - Verspätungen sind programmiert, wenn im Winter die Außenhaut von Flugzeugen aufwendig mit Heißluft und einem Glykol-Wasser-Gemisch enteist werden muss. US-Forscher fanden nun eine elegante Alternative zu diesem teuren Verfahren: Inspiriert von der mehrschichtigen Haut tropischer Giftfrösche entwickelten sie eine stark wasserabstoßende, poröse Oberfläche, unter der sie statt Gift ein flüssiges Frostschutzmittel deponierten. Über einen ersten Prototyp dieser bionischen Froschhaut berichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Advanced Materials Interfaces“.

„Unsere von der Natur inspirierte Arbeit verknüpft gängige Enteisungsstrategien mit aktuellen Forschungsansätzen für Anti-Eis-Beschichtungen“, sagt Konrad Rykaczewski von der Arizona State University in Tempe. Mit seinen Kollegen nutzte er als untere Schicht eine poröse, hydrophile Nylonmembran, die er mit dem flüssigen Frostschutzmittel Propylenglycol tränkte. Diese Membran ließ sich in einem Sprühprozess mit einem stark wasserabstoßenden – superhydrophoben – Polymer beschichten. Dabei entstanden in der nur 100 millionstel Meter dünnen Polymerschicht zahlreiche Poren.

Diese Anti-Eis-Schicht testeten die Wissenschaftler in einer Frostkammer bei minus 22 Grad und simulierten drei verschiedene Wetterbedingungen: gefrierenden Regen, gefrierenden Nebel und gefrierendes Kondenswasser. Ohne äußeren Reiz konnte das Frostschutzmittel nicht durch die Poren an die Oberfläche dringen. Selbst bei gefrierendem Regen floss das Wasser der einfallenden Tropfen kaum in die Poren. Doch gleichzeitig bildeten sich mikroskopisch kleine Eiskristalle, die tiefer in die Poren eindrangen. So erreichte das Wasser-Eis-Gemisch die getränkte Nylonmembran und das Frostschutzmittel wurde freigesetzt. Es durchmischte sich mit dem Wasser und verhinderte die Bildung einer Eisschicht.

Auf der Oberfläche der bionischen Froschhaut verzögerte sich eine ausgedehnte Eisbildung um bis zu eine Stunde. Dagegen setzte auf einer ebenfalls superhydrophoben Oberfläche ohne Frostschutzschicht die Eisbildung bereits nach einer Minute ein. Auch bei gefrierendem Nebel oder Kondenswasser konnte die Bildung einer Eisschicht fast genauso lange durch das austretende Forstschutzmittel verhindert werden.

Einsatzreif für den Flugverkehr ist diese Frostschutzhaut allerdings noch nicht. Dazu müsste das aerodynamische Verhalten einer solchen Beschichtung erst genau untersucht werden. Zudem wäre für Langstreckenflüge ein länger anhaltender Frostschutz, etwa mit dickeren, getränkten Nylonmembranen, nötig. Doch Rykaczewski hofft, bald erste Praxistests an den Rotorblättern von Windrädern durchführen zu können.

© Wissenschaft aktuell


 

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