Inte bara är feta fingeravtryck på blanka rostfria ytor oattraktiva, de angriper också ytan. En ny nanobeläggning som utvecklas av Fraunhofer-forskare kommer i framtiden att förhindra de irriterande fläckar som uppstår när fingrar rör vid ytor av rostfritt stål. Nyckeln till deras tillvägagångssätt:speciella nanopartiklar som läggs till beläggningen.

Det glänsande nya kylskåpet har en snygg front i rostfritt stål. Men det tar inte lång tid innan dörren är täckt av mörka fingeravtryck som är svåra att ta bort med bara en trasa och diskmedel; jobbet kräver faktiskt en krävande polering. Fingeravtryck som dessa är mer än bara fula, fettfilmen angriper även metallytan.

Säg hejdå till feta utstryk

Tillsammans med sina kollegor på FEW Chemicals GmbH i Wolfen, forskare från Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS i Halle arbetar nu för att få ett slut på utstryk som dessa. Hemligheten ligger i ett beläggningsskikt som innehåller speciella tillsatser och som är vatten- och oljeavvisande. Detta lagers effekter är tvåfaldiga:När partiklarna som är integrerade i beläggningen sätter sig på ytan av det rostfria stålet, ytan blir strävare och dess yta ökar. När ett finger kommer i kontakt med kylskåpsdörren, den berör bara de upphöjda punkterna på ytan och fettet på fingertoppen når aldrig "dalarna" på den rostfria ytan. Detta innebär att den yta som faktiskt kommer i kontakt med fettet hålls mycket liten. Dessutom har beläggningens brytningsindex justerats så att det matchar hudens naturliga oljeinnehåll. Detta innebär att ljus reflekteras av den belagda rostfria stålytan på ungefär samma sätt som av en yta som har vidrörts av klibbiga fingrar. Som ett resultat, fingeravtrycken märks knappt.

Analys av lagersystemen

Medan FEW Chemicals GmbH sköter utvecklingen av beläggningssystemen, Fraunhofer-teamet koncentrerar sig på analysen av dessa lager. "Vi undersöker de lager som skapats med hjälp av inte bara optisk mikroskopi, men även svepelektronmikroskopi och atomkraftsmikroskopi. Vi tittar på hur stora de enskilda partiklarna i beläggningssystemet är och om de är homogent fördelade eller inte. Effekten av de tillsatser som används är ett annat fokus för vår analys, " säger Dr Jessica Klehm, forskarassistent i affärsenheten "Biologiska och makromolekylära material" på Fraunhofer IMWS. Sådana frågor är oerhört viktiga vid bedömningen av beläggningens kvalitet. Till exempel, om nanopartiklarna aggregerar för att bilda större partiklar, beläggningen kan förlora sin genomskinlighet som ett resultat. Å andra sidan, om partiklarna är för små, ytan förblir för slät, så att fettfilmen kan fästa på den över större ytor trots beläggningen.

Flera utmaningar måste övervinnas innan dessa undersökningar kunde genomföras. Först och främst, proverna måste minskas i storlek. Optimala undersökningar med optisk mikroskopi samt ytterligare undersökningar med andra metoder kräver att proverna har en tjocklek på högst 60 till 80 mikrometer, dvs om tjockleken på ett människohår; undersökning under ett transmissionselektronmikroskop kräver till och med ett prov som är tusen gånger tunnare. "Vi kan inte skära proverna till storlek med en såg, som skulle förstöra beläggningen. Därför bäddar vi in ​​proverna i harts och maler dem sedan till önskad tjocklek, " förklarar Dr. Klehm.

Automatisk testmaskin kvantifierar anti-fingeravtryckseffekt

Vidare håller forskarna på att utveckla en automatisk testmaskin för skikten. Enheten är inte avsedd att undersöka partiklarna i beläggningen, utan snarare synligheten av själva fingeravtrycken. Maskinen doppar en stämpel i en lösning vars sammansättning liknar den oljiga filmen på mänsklig hud. Arbetar automatiskt och med konstant identisk kraft och varaktighet, denna stämpel trycker sedan på den belagda ytan för att lämna "fingeravtryck" efter sig. Maskinen kommer att använda en kombination av spektrometriska och optiska procedurer för att analysera hur mycket av lösningen som finns kvar på ytan och därmed komma fram till ett procentvärde som indikerar beläggningens anti-fingeravtryckseffekt. Forskarna arbetar för närvarande med att hitta den idealiska kombinationen av analysutrustning för ändamålet.

Och forskarna har redan hittat en favorit bland de olika beläggningssystem de har undersökt. Uppgiften är nu att ytterligare optimera systemet. Utvecklingsaktiviteterna ska vara avslutade i slutet av 2020, när den industriella produktionen av beläggningssystemet kommer att överlämnas till FEW Chemicals GmbH.