Forskare har utvecklat en lasermaterialbearbetningsmetod för att producera strukturerade ytor som stöter bort smuts och vatten. Denna teknik kommer främst att användas inom flygindustrin.

Användningen av beläggningar som efterliknar lotusväxten, vars löv har självrengörande egenskaper, blir allt vanligare i ett brett spektrum av tillämpningar, från industri till medicin. När vatten faller på dessa blad, det bildar pärlor som rullar av, tar med sig damm och smuts tack vare ytans komplexa mikroskopiska och nanoskopiska struktur. Stöds av det EU-finansierade LASER4FUN-projektet, ett team av forskare har tagit fram en metod inspirerad av lotuseffekten med hjälp av laser för att etsa filigranmönster direkt i metallytor.

Sammanfattning av processen i ett pressmeddelande från Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS, Dr Tim Kunze sa:"Med vår process, vi vill förhindra någon form av kontaminering på flygplansytor." dock, att "det skulle också bli en framgång om vi åtminstone kunde minska det avsevärt."

Lotus effekt

Samma pressmeddelande noterar att ingenjörerna har använt en teknik för direkt laserinterferensmönster (DLIP). Detta innebär användning av speciell optik för att dela en enda laserstråle i flera delstrålar som rekombinerar på metallytan som ska struktureras. Det skapar exakta och kontrollerbara ljusmönster. "Om interferensmönstret är fokuserat på en titanplåt, högenergilaserljuset smälter och tar bort materialet i de ljusa områdena, medan det lämnar materialet opåverkat i de mörka områdena."

Teamet observerade att dessa mönster liknar salar av pelare eller korrugerade tak. "Avstånden mellan pelarna kan ställas in mellan 150 nanometer (miljondelar av en millimeter) och 30 mikrometer (tusendelar av en millimeter)." Detta skapar en yta där vattendroppar inte kan få tillräckligt med grepp. Som ett resultat, de rullar eller glider av, istället för att breda ut sig för att bilda en film, liknande lotuseffekten som observeras i naturen.

Sådana vattenavvisande eller superhydrofoba ytor produceras också av andra teknologier, som förklaras i pressmeddelandet. "I dag, mest lotusliknande beläggningar på metallplåtar, glas eller badrumsinredningar tillverkas fortfarande genom speciella processer. Den största fördelen med dessa beläggningsmetoder är att de tillåter behandling av stora ytor. Dock, beläggningarna åldras med tiden, kan lätt skadas och delvis inte följer EU:s nya miljöbestämmelser som träder i kraft." Forskarna betonar att de strukturer som produceras med DLIP-metoden mycket väl kan hålla i år utan att ge upphov till miljöproblem.

Förutom att flygtesta laserstrukturerade beläggningar på en flygplansvinge, teamet undersöker också andra applikationer för sina lotusliknande nanostrukturer. Forskarna föreslår att tekniken kan användas för att skydda mot förfalskning eller för att förbättra biokompatibiliteten hos kirurgiska implantat, som de som används inom tandvården.

Det pågående projektet LASER4FUN (European Esrs Network On Short Pulsed Laser Micro/Nanostructuring Of Surfaces) syftar till att "strukturera ytor som inbäddar egenskaper för industriella applikationer, " enligt CORDIS. Den fokuserar på "interaktionen av laserenergi med flera material (metaller, halvledare, polymerer, glasögon och avancerade material) och på nya ytfunktioner som tribologi, estetik och vätbarhet." Ett annat mål med projektet är att skapa ett internationellt utbildningsnätverk för forskare i tidiga skeden inom metallbearbetning.