Eisfrei dank Mottenaugen-Struktur

Tuyen Quang (Vietnam) - An frostigen Wintertagen müssen die Tragflächen von Flugzeugen für einen sicheren Flug aufwendig enteist werden. Günstiger wären spezielle Oberflächen, die von selbst einer Vereisung vorbeugen. Vietnamesische Physiker imitierten dazu die Nanostrukturen von Mottenaugen. Wie sie in der Fachzeitschrift „AIP Advances“ berichten, wirkten ihre bionischen Oberflächen mit zahlreichen winzigen Nanokegeln nicht nur wasserabweisend, sondern verzögerten auch die Bildung einer Eisschicht deutlich.

Nguyen Ba Duc von der Tan Trao University in Tuyen Quang und sein Kollege von der benachbarten Thai Nguyen University fertigten erste Prototypen ihrer transparenten Anti-Eis-Schichten auf der Basis von Quarzglas. Auf die glatte Oberfläche verteilten sie zahlreiche Kügelchen aus Polystyrol. Diese wirkten bei einem anschließenden Ätzvorgang wie ein Schutzfilm: Rund um die Kügelchen löste sich das Glas auf und unmittelbar unter ihnen blieben kegelförmige, 500 Nanometer lange Säulen mit einem Durchmesser von 70 Nanometern an der Spitze stehen.

Allein diese Nanokegel-Struktur wirkte schon stark wasserabweisend und ließ sich kaum mit Wasser benetzen. Gefror Wasser auf einer glatten Quarzglas-Schicht schon knapp unter dem Gefrierpunkt, setzte die Vereisung auf der Nanokegel-Schicht erst bei minus fünf Grad Celsius ein. An der Basis der Kegel bildeten sich Eiskristalle sogar erst nach gut sechs Minuten bei minus 14 Grad Celsius. Vorteilhaft zeigte sich zudem eine hauchdünne Beschichtung aus wachsartigem Paraffin, die die Forscher zusätzlich auf die Nanokegel-Schicht aufbrachten. Da das Paraffin ebenfalls wasserabweisend wirkte, füllten sich die Zwischenräume zwischen den Nanokegeln auch bei wiederholten Gefrierversuchen kaum. Verhinderten die unbeschichten Nanokegel eine Vereisung nur für wenige Dutzend Gefrier-Auftau-Zyklen, blieb der Effekt mit der zusätzlichen Paraffin-Schicht auch nach 100 Zyklen erhalten.

Diese Materialstudie zeigt, dass bionische Nanostrukturen nach dem Vorbild von Mottenaugen eine Vereisung von Oberflächen bei schwachem Frost verhindern können. In weiteren Versuchen könnten nun auch andere Materialien außer Quarzglas entsprechend stukturiert werden. Ob auch die Tragflächen von Flugzeugen in Zukunft mit solchen Strukturen ausgestattet werden, hängt jedoch von der Entwicklung von günstigen und für große Flächen geeignete Bearbeitungsverfahren ab.