Glas nach Schmetterlingsart

Pittsburgh (USA) - Wasser, Blut oder Öl – Forscher entwickelten bereits zahlreiche, selbstreinigende Oberflächen, die diese Flüssigkeiten mühelos abperlen lassen. Doch die bisher im Labor gefertigten Materialien waren nicht allzu durchsichtig. Dieses Problem lösten nun amerikanische Werkstoffforscher mit einem dünnen, nanostrukturierten Glas. Wie sie in der Fachzeitschrift „Materials Horizons“ berichten, dienten ihnen die selbstreinigenden und völlig durchsichtigen Flügel des Glasflügelfalters als Vorbild. Für die Optimierung der einzelnen Produktionsschritte ließen sie sich von Computern helfen, die die am besten geeigneten Parameter über die Methode des Maschinenlernens auswählten.

Paul Leu und seine Kollegen von der University of Pittsburgh bearbeiteten hauchdünne Silikatgläsern in zwei Prozessschritten. Zuerst nutzten sie beschleunigte Ionen verschiedener Gase wie Argon, Sauerstoff oder Schwefelhexafluorid, um auf der Glasoberfläche eine asymetrisch angeordnete Nanostrukturen zu ätzen. Damit erreichten sie eine extrem hohe Transparenz für sichtbares Licht von 99,5 Prozent. Auf diese nanostrukturierte Schicht schieden sie darauf in einer Plasmakammer eine Lage aus Siliziumdioxid ab, die mit einem Fluorsilan nachbehandelt und stabilisiert wurde.

Der so gefertigte Glas-Werkstoff war nicht nur besonders transparent, sondern stieß auch dank der nanostrukturierten Oberfläche verschiedenste Flüssigkeiten wie ab. Diese Eigenschaft bezeichnen Materialforscher als omniphob. „Zudem beschlagen unsere Gläser selbst in einer sehr feuchten Atmosphäre nicht“, sagt Leus Kollege Sajad Haghanifar. Nach Aussage der Forscher konnte bisher kein anderes Material all diese Eigenschaften in sich vereinen.

Hilfreich für den Fertigungsprozess zeigte sich das Maschinenlernen, eine Methode, die zum Gebiet der sogenannten Künstlichen Intelligenz zählt. Dabei wählte ein Computeralgorithmus die viel versprechendsten Versuchsparameter wie Druck, Temperatur oder Gasflussrate aus. Leu und Kollegen konnten dadurch im Vorfeld eine Vielzahl von möglichen Versuchsbedingungen ausschließen und fanden relativ schnell nach nur einigen Dutzend Testläufen die besten Prozessparameter für ihre transparenten und omniphoben Gläser. Mögliche Anwendungen sehen die Forscher in optischen Messgeräten, die auch in feuchter Umgebung einwandfrei funktionieren müssen oder auch in neuen, schmutzabweisenden Deckgläsern für Smartphone- und Laptop-Displays.