Benetzungsanalyse funktionaler Oberflächen

Das Benetzungsverhalten optischer und technischer Oberflächen (z. B. Fensterscheiben, Maschinenteile) spielt für deren Reinigungseigenschaften sowie bei unterschiedlichen Applikationen eine entscheidende Rolle.

Die  Benetzung einer Oberfläche wird neben ihrer chemischen Natur wesentlich durch ihre Rauheit bestimmt. Daher muss z. B. bei der technologischen Realisierung ultra-hydrophober selbstreinigender Oberflächen eine spezifische Oberflächenstruktur erzeugt werden.

Um deren Benetzungswirkung geeignet zu bewerten und gezielt anzupassen, ist die Kenntnis der relevanten Rauheitskomponenten der Struktur erforderlich. Dazu wurde am Fraunhofer IOF eine Methode entwickelt, die durch spezielle Rauheitsanalyse und Datenauswertung einen neuartigen Benetzungsparameter κB liefert, der sowohl die vertikale als auch laterale Ausdehnung stochastischer Rauheitsstrukturen widerspiegelt. Dies können die gängigen Rauheitsparameter (Rq, Ra etc.) nicht leisten.

Für intrinsisch (chemisch) hydrophobe Oberflächen wurde durch empirische
Korrelation von Rauheits- und Benetzungseigenschaften ein Wert κB > 0,3 als notwendiges Kriterium für Ultra-Hydrophobie gefunden (zum Vergleich: Das Lotusblatt als Beispiel für Ultra-Hydrophobie schlechthin weist einen κB-Wert von 0,7 auf). Die Struktur-Eigenschafts-Korrelation ergab weiterhin, dass eine umfassende Benetzungscharakterisierung nur mittels dynamischer Kontaktwinkelmessungen, d. h. Bestimmung des Fortschreite- und Rückzugswinkels, sowie durch Abgleit- bzw. Abrollwinkelmessungen möglich ist.

Im Gegensatz zur µm- und nm-Strukturierung bei ultra-hydrophoben  technischen Oberflächen erfolgt bei optischen Oberflächen mittels »Steuerung« durch κB eine Fokussierung auf nm-Strukturen, um optische Verluste kontrolliert niedrig zu halten.