Clevere Kombination von harten und weichen Materialien verbessert die Haftung auf rauen Oberflächen

Neues aus der Forschung

Clevere Kombination von harten und weichen Materialien verbessert die Haftung auf rauen Oberflächen

Meldung vom 03.09.2018

Wenn Bauteile in der Industrie rückstandslos hin und her bewegt werden, ist Haftung im Spiel. Die Oberflächen solcher Objekte sind jedoch nie zu hundert Prozent glatt. Selbst Oberflächen, die für das menschliche Auge glatt aussehen, sind meist mikroskopisch rau. Damit das Haften auch auf solchen rauen Oberflächen verlässlich klappt, haben Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Neue Materialien ein neue Haftstruktur entwickelt: Darin kombinierten sie harte und weiche Materialien. Sie stellten fest, dass diese Materialkombination deutlich besser auf rauen Oberflächen haftet, als solche Strukturen, die nur aus einem weichen Material gefertigt sind.


180904-0700_medium.jpg
 
Das Modell im Großmaßstab zeigt das Prinzip und die Strukturen, bei denen weiche Materialien (gelb) auf härtere Materialien aufgebracht werden. Dadurch erhöht sich die Haftung auf rauen Oberflächen.
Sarah C. L. Fischer, Eduard Arzt und René Hensel
Composite Pillars with a Tunable Interface for Adhesion to Rough Substrates
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017,
DOI: 10.1021/acsami.6b11642


Damit lassen sich nicht nur industrielle Handling-Prozesse verbessern und sicherer machen. Die Materialien sind auch vielversprechend für Anwendungen auf der Haut, wie zum Beispiel für selbsthaftende Wundverschlüsse oder sogenannte Wearables - vernetzte Computer, die direkt auf der Haut getragen werden könnten.

Die Ergebnisse stellten die Wissenschaftler in der renommierten Fachzeitschrift Applied Materials & Interfaces vor. Für diese Publikation erhielt nun der Co-Autor René Hensel den Adhesion Innovation Award der EURADH (European Adhesion Conference) und FEICA (Association of the European Adhesive & Sealant Industry).

Für ihre Untersuchungen entwickelten die Forscher zwei Millimeter große Säulen als Modellsystem und brachten diese mit rauen Oberflächen in Kontakt. Die gemessene Kraft, die benötigt wird, um die Säule wieder abzulösen, ist das Maß für die Haftung. „Wir verwendeten Säulen, die aus einem harten Material bestehen und deren Ende mit einem weichen Kunststoff überzogen ist. Für das Ablösen dieser Säule benötigten wir die fünffache Kraft im Vergleich zu einer Säule, die nur aus dem weichen Material besteht. Sie haftet also deutlich besser“, erklärt René Hensel, stellvertretender Leiter des Programmbereichs Funktionelle Mikrostrukturen.

Bei den Untersuchungen stellten die Forscher fest, dass die Haftung umso besser ist, je weicher und dünner der Überzug am Säulenende ist. „Je weicher das Material ist, umso besser kann es sich der rauen Oberfläche anpassen. Dass die Haftung stärker ist je dünner der Überzug ist, hängt mit der verzögerten Rissbildung im Kontakt zusammen: Wenn ein Riss entsteht, löst sich die Haftstruktur von der Oberfläche ab. Diese Rissbildung verzögert sich, weil Spannungsspitzen verringert werden. Deshalb treten der Riss und das Ablösen erst bei höherer Belastung auf. „Dieser Effekt ist erstaunlicherweise umso stärker, je dünner der Überzug ist“, sagt Hensel. Auch die Form, wie die beiden unterschiedlich harten Materialien kombiniert werden hat einen Einfluss auf das Haftvermögen: eine abgerundete Grenzfläche zwischen beiden sorgt für eine bessere Haftung. Dabei verändere sich die Rissbildung ebenfalls.

Gleichzeitig müsse die Dicke des weichen Überzugs zur Größe der Rauigkeit passen: „Bei einer Raufaser-Tapete ist die Rauigkeit zum Beispiel viel gröber als bei Hautoberflächen. Damit die Haftung auf Raufaser funktioniert, muss der weiche Überzug also viel dicker gewählt werden, als für die Haftung auf Haut“, sagt Hensel. Dabei interessieren sich die Forscher gerade für die Haftung auf Haut ganz besonders. Sie spiele vor allem eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung sogenannter Wearables oder auch bei der Wundversorgung und steht deshalb im Mittelpunkt der zukünftigen Forschung.

Das INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien mit Sitz in Saarbrücken ist ein internationales Zentrum für Materialforschung. Es kooperiert wissenschaftlich mit nationalen und internationalen Instituten und entwickelt für Unternehmen in aller Welt. Die Forschung am INM gliedert sich in die drei Felder Nanokomposit-Technologie, Grenzflächenmaterialien und Biogrenzflächen. Das INM ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft und beschäftigt rund 250 Mitarbeiter.


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 18.11.2018 15:05

Naturkonstanten als Hauptdarsteller

Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) verabschiedet Revision des Internationalen Einheitensystems.

Meldung vom 18.11.2018 14:57

Weltweit erstmals Entstehung von chemischen Bindungen in Echtzeit beobachtet und simuliert

Einem Team von Physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, Universität Paderborn, und Prof. ...

Meldung vom 18.11.2018 14:44

Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physik ...

Meldung vom 18.11.2018 14:38

Kometen als Wasserträger für Exoplaneten

Erst 2016 haben WissenschafterInnen mit Proxima Centauri b den der Erde nächstgelegenen und potenziell bewohn ...

Meldung vom 18.11.2018 14:34

Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) ...

Meldung vom 18.11.2018 14:22

Die Umgebung macht das Molekül zum Schalter

Erstmals haben Physiker der Universität Würzburg ein organisches Molekül so positioniert, dass dieses zwei ...

Meldung vom 18.11.2018 14:09

Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Mat ...

Meldung vom 18.11.2018 14:02

Wenn sich unterschiedliche Systeme gleich verhalten

Unterschiedliche physikalische Systeme – in sich abgeschlossen und fern des Gleichgewichts – können sich ...

Meldung vom 18.11.2018 13:57

«Synchronisiertes» Licht

Wenn Fotoemitter miteinander kooperieren, dann strahlen sie gleichzeitig, ein Phänomen, das als Superfluoresz ...

Meldung vom 07.11.2018 22:46

Magnetfeld heizt Weißen Zwergen ein

Universität Tübingen an internationaler Studie beteiligt: Erstmals lässt sich erklären, warum mancher der ...

Meldung vom 07.11.2018 22:36

ALMA und MUSE entdecken einen galaktischen Springbrunnen

Beobachtungen mit ALMA und dem MUSE-Spektrografen am VLT der ESO haben eine gewaltige Fontäne aus molekularem ...




11.05.2018:
Vorsicht, Glatteis!


Newsletter

Neues aus der Forschung