Um mal anders als mit dem Flugzeug zu Reisen, habe ich die Überfahrt von Schweden nach Finnland mit dem Schiff gemacht. Die Fahrt dauert rund 20 Stunden und man bekommt eine Kabine in der man ganz gut schlafen kann. Die Fahrt in den Sonnenuntergang ist schon sehr spektakulär und zu späterer Stunde kann man zusätzlich feststellen, dass die Finnen sehr Karaoke begeistert sind.
In Finnland bin ich nach Tampere gereist. Tampere ist die drittgrößte Stadt in Finnland und wird auch als das Manchester des Nordens bezeichnet, da es früher einen großen Industriesektor hatte. Mittlerweile wurden Großteile der Industrie durch den IT Sektor ersetz, aber die Fabrikgebäude in mitten der Stadt sind immer noch vorhanden und auch wenn sie heute andere Verwendung finden, fügen sich die Schornsteine der alten Fabriken ins Stadtbild ein.
An der Technischen Universität von Tampere habe ich Prof. Jyrki Mäkelä besucht. Von seiner Gastfreundlichkeit durfte ich mich allerdings schon am Vorabend überzeugen, als ich eine kleine Führung durch den Kern von Tampere und anschließend eine Einladung zu dem lokalen Essen Tamperelainen/Mustamakkara bekommen habe. Seit 2010 ist er Professor für Aerosolphysik und seit 2014 auch Leiter des Physik-Department. Aerosole sind kleine Teilchen (Nanoteilchen) die in der Luft vorkommen. Geläufiger ist der Begriff Feinstaub. Prof. Mäkelä hat mehrere Publikationen in dem sehr respektablen Nature Journal (wo eigentlich jeder Wissenschaftler gerne publizieren möchte), die sich mit der Entstehung von natürlichen Aerosolen in der Atmosphäre beschäftigen. Aber er beschäftigt sich noch mit weiteren Forschungsschwerpunkten. In Tampere wird ein Prozess namens Liquid Flame Spray benutzt um Oberflächen mit Nanoteilchen zu beschichten. Diese Flammenreaktoren sind in der Nanotechnologie sehr beliebt, da sie große Mengen an Nanoteilchen herstellen können und relativ wenig Abfallprodukte erzeugen. Der einfachste Flammenreaktor ist eine Kerze. Der entstehende Ruß ist nichts anderes als Nanoteilchen (Worauf ich in einem späteren Beitrag noch etwas mehr eingehen werde). Wenn man allerdings mehr als Ruß herstellen möchte, reicht ein Kerzendocht nicht mehr aus und der Reaktor wird etwas komplizierter.
Eine erste Anwendung in der Gruppe war das Besprühen von Glaskörpern aus ästhetischen Gründen. Dabei wurde während des Herstellungsprozess eine Pause eingelegt, in der Teile des Glasrohling mit einer Schicht aus Nanoteilchen besprüht wurde. Danach wurde das Glas fertiggestellt. Die dünne Schicht aus Nanoteilchen interagiert mit dem Licht und kann dadurch nette optische Effekte erzeugen:
Neben der optischen Veränderung von Glaskörpern, gibt es aber noch eine Reihe weiterer Anwendungen. Eine, die für mich super spannend war (da ich mich teilweise auch selber damit beschäftige), ist die Erzeugung von selbstreinigenden Oberflächen. Auf selbstreinigenden Oberflächen bildet Wasser Tropfen (unsere Haut kann dies in gewissem Maße auch, dürft ihr gerne das nächste Mal unter der Dusche beobachten). Die Wassertropfen rollen dann von der Oberfläche herunter und nehmen Schmutz, der auf der Oberfläche liegt, einfach mit.
Das Oberflächen sich selbst reinigen können ist schon sehr lange bekannt, das Phänomen wurde aber erstmals durch den Einsatz von Elektronenmikroskopen von dem Botaniker Wilhelm Barthlott in den Siebzigern anhand von Lotusblütenblättern untersucht, weswegen oft auch der Begriff Lotuseffekt benutzt wird. Da in selbstreinigenden Oberflächen enormes Potential gesehen wird, gibt es sehr große Forschungsbemühung das Lotusblatt zu kopieren und in verschiedenen Bereichen sind auch schon zahlreiche Produkte auf dem Markt. Ich freue mich zum Beispiel immer wieder, wenn mir jemand zu meinen neuen Sneaker ein “Nanospray“ das meine Schuhe säubert verkaufen will…
Damit Oberflächen selbstreinigend sind, müssen sie hydrophob sein. Hydrophob heisst, dass sie Wasser (bzw. die Wassermoleküle) abstoßen, nur dann kann Wasser einen Tropfen auf einer Oberfläche bilden. Wenn eine Oberfläche nicht hydrophob ist, ist sie hydrophil, d.h. sie zieht Wasser an und Wasser benetzt die Oberfläche komplett anstatt einen Tropfen zu bilden. Ich möchte hier nicht zu sehr ins Detail gehen, das Wichtige ist, dass sehr viele Wissenschaftler versuchen hydrophobe oder superhydrophobe (wenn schon dann richtig…) Oberflächen herzustellen. Um das können wissen wir schon seit Barthlott, das zwei Faktoren sehr wichtig sind: 1. Die chemischen Eigenschaften der Oberfläche 2. Die Struktur der Oberfläche. Es hat sich gezeigt, das besonders Nanostrukturierte Oberflächen sehr gute hydrophobe Eigenschaften entwickeln können und tatsächlich verfügt das Lotusblatt auch über eine Nanostruktur. In der Wissenschaft gibt es derzeit große Diskussion, was wichtiger für den Selbstreinigungseffekt ist, die chemischen Eigenschaften der Oberfläche oder die Nanostrukturierung (Ich bin natürlich Team Nano…).
Ein wissenschaftlicher Zweikampf zwischen zwei Ansätzen: Sind die chemischen Eigenschaften oder die Nanostrukturierung wichtiger für gute selbstreinigende Oberflächen?
Das Thema ist so spannend, dass ich ohne Probleme Seiten damit füllen könnte (bei Bedarf mache ich das gerne…), ich versuch mich allerdings auf den Ansatz in Tampere zu beschränken.
Die Forscher unter Prof. Mäkelä besprühen mit der Liquid Flame Spray Technik verschiedene Oberflächen mit einer Schicht aus kleinsten Nanoteilchen. Was ich super cool fand ist, dass sie nicht die gängigen Oberflächen wie z.B. Fensterscheiben besprühen, sondern ihren Fokus auf Werkstoffe, die in Finnland eine wichtige Rolle spielen legen. Sie haben z.B. Papier oder Holz mit einer hydrophoben Schicht besprüht (beide Industriezweige sind historisch sehr wichtig in Finnland). Mit ihrer Ansatz können sie bis zu 200 Meter Papier pro Minute besprühen. Diese selbstreinigende hydrophobe Schicht wirkt auf dem Papier (und auf dem Holz) wie ein Schutzschild, da beide Materialien sehr anfällig für Wasser und Feuchtigkeit sind. Die Nanobeschichtung führt im Prinzip dazu, dass Wassertropfen nur noch wenig Kontaktpunkte mit dem Wassertropfen haben und dadurch die Benetzung extrem erschwert wird.
Links oben: grafische Darstellung eines Wassertropfen auf einer (Nano-)strukturierten Oberfläche ( www.wikipedia.de). Rechts oben: Mit der Liuqid Flame Spray nanostrukturiertes Birkenholz (Tuominen et al., 2016, Appl. Surf. Sci. 389). Unten: Wassertropfen auf nanostrukturierten Papier und normalen Paper (Teisala et al., 2014, Cellulose, 21)
Nach meinem Besuch an der Uni wollte ich noch die finnische Sauna ausprobieren. Und das ist wirklich mal ein Erlebnis. Die Finnen sind ja allgemein nicht dafür bekannt, dass sie jeden der ihnen begegnet direkt in Smalltalk verwickeln und dieses Eindruck hatte ich während meines Besuches auch (auch wenn das nicht im Zusammenhang mit der Freundlichkeit steht). In der Sauna sieht es allerdings ganz anders aus. Es ist ziemlich laut und sehr eng. Dazu wird, im Gegensatz zu Deutschland, nichts untergelegt und die Saunen sind nicht FKK. Man sollte also keine Berührungsängste haben… aber es lohnt sich.
Für mich war der Finnlandbesuch sehr lohnenswert. Das Thema selbstreinigende Oberflächen ist super spannend und aktuell. Zu sehen, wie die Oberflächen beschichtet werden, war schon beeindruckend. Aufgrund der Nähe unserer Forschungsfelder haben sich schöne Synergieeffekte ergeben was für mich natürlich ein netter Nebeneffekt ist und auch kulturell ist Finnland ein sehr interessantes Reiseziel.
Kommentare (5)