3D-Nanodraht-Netzwerke aus Gold bilden die Natur nach
11.09.2025 |
Unter Führung von Professorin María Eugenia Toimil-Molares, Leiterin der Abteilung Materialforschung von GSI/FAIR und Professorin an der Technischen Universität Darmstadt, hat ein Forschungsteam neuartige Oberflächen aus Goldnanodrähten entwickelt, deren Benetzungsverhalten sich gezielt steuern lassen. Diese Materialien, hergestellt durch Elektrodeposition und Ionenspur-Nanotechnologie, eröffnen neue Perspektiven für Anwendungen in mikrofluidischen Geräten, im Flüssigkeitstransport und in der Sensorik. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Small erschienen.
Bei der Gestaltung von intelligenten, wasserabweisende Oberflächen ist die Natur seit jeher eine bedeutende Inspirationsquelle. Von einem Lotusblatt beispielsweise perlt Wasser so effizient ab, dass Wassertropfen einfach hinabrollen – ein Phänomen, das als Lotus-Effekt bekannt ist. Im Gegensatz dazu weisen Rosenblüten Wasser ebenfalls ab, Tropfen haften jedoch mit einer so hohen Adhäsion, dass sie stabil an der Oberfläche verbleiben – der sogenannte Petal-Effekt (Blütenblatt-Effekt). Dieses Verhalten beruht auf speziellen und komplexen Oberflächenstrukturen, oft mit hierarchischer Rauheit auf Mikro- und Nanoskala.
In der neuen Studie entwickelten die Forschenden freistehende Netzwerke aus verbundenen Goldnanodrähten mit einstellbarer Porosität zwischen 20 und 98 Prozent. Mithilfe von Kontakwinkelmessungen demonstrierten sie, wie diese nanostrukturierten porösen Filme so gestaltet werden können, dass sie ein breites Spektrum an Benetzungsverhalten aufweisen – von superhydrophil bis hydrophob. Bei hohen Porositäten ahmen die Filme den Petal-Effekt nach. Sie halten Wassertropfen fest, selbst wenn sie nahezu auf den Kopf gestellt werden. Die chemische Stabilität von Gold gewährleistet zudem, dass diese Funktionseigenschaften über lange Zeit intakt bleiben, was sie ideal für Anwendungen macht, die eine langanhaltende Funktionalität erfordern.
„Potenzielle Anwendungen erstrecken sich über alle Bereiche, in denen die Kontrolle der Oberflächenbenetzung entscheidend ist – von Mikrofluidik und selbstreinigenden Oberflächen bis hin zu energieeffizienten Kondensationssystemen“, erklärt Mohan Li, Erstautorin der Veröffentlichung, die im Rahmen ihrer vor Kurzem abgeschlossenen Promotionsarbeit 3D-Nanodraht-Netzwerke aus Gold untersucht hat. In der GSI/FAIR-Materialforschung werden Biomimetik und fortgeschrittene Nanotechnologie kombiniert, um sich von der Natur inspirieren zu lassen und neuartige funktionelle Nanostrukturen zu entwickeln.
In der GSI/FAIR-Abteilung Materialforschung werden Biomimetik und fortschrittliche Nanotechnologie kombiniert, um die Designs der Natur nachzubilden und neuartige funktionelle Nanostrukturen zu entwickeln, darunter 3D-Nanodrahtnetzwerke und Sensoren auf Basis von Nanokanälen. Die vorliegende Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nano- und Mikrofluidik der Technischen Universität Darmstadt durchgeführt. (CP)
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