Wassertropfen auf einer superhydrophoben Oberfläche können Schmutzpartikel aufnehmen. (Bild: MPI-P, Lizenz CC-BY-SA)
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung, Mainz, haben nun neue Einblicke in den Selbstreinigungsprozess gewonnen, indem sie eine solche Oberfläche mikroskopisch im Mikrometerbereich abgebildet haben. Die besondere Methode, die einen Laser als Lichtquelle verwendet, ermöglicht es ihnen abzubilden, wie ein über die Oberfläche rollender Tropfen Schmutzpartikel aufnimmt. Hiermit konnten sie zeigen, dass ein Tropfen auf einer mit Schmutzpartikeln verunreinigten superhydrophoben Oberfläche im wesentlichen nur Kontakt mit den Schmutzpartikeln selbst hat. Dafür ist aber die Größe der Partikel der Oberflächen-Rauigkeit essenziell. Abhängig von der Oberfläche kann die Partikelgröße zwischen einigen zehn Nanometern und mehreren Mikrometern variieren. Eine Oberfläche funktioniert effektiv, wenn die Längenskala oder Porengröße der superhydrophoben Oberfläche kleiner ist als der Schmutzpartikel selbst. Zudem wurden die über die laserbasierte Mikroskopie gefundenen Ergebnisse mit Hilfe von Kraftmessungen verifiziert. Dazu wurde eine hochsensitive Messmethode verwendet, die es ermöglicht, die Reibung von Tropfen zu messen. Damit konnte gezeigt werden, dass die Kraft, die für die Fortbewegung des Tropfens notwendig ist, sich aus der Anzahl an Schmutzpartikeln sowie der Haftkraft zwischen den Partikeln und der Oberfläche ergibt. Das Resümee hierzu: Partikel werden nur dann effektiv entfernt, wenn die Haftung zwischen Tropfen und Partikel größer ist als die Haftkraft zwischen Partikel und Oberfläche.