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Nanoblumen-Mikrokapseln für effizienten Enteisungsschutz
Ein chinesisches Forschungsteam hat photothermische superhydrophobe Beschichtungen mit nanoflowerartigen Doppelschalen-Phasenwechsel-Mikrokapseln entwickelt. Die Beschichtung erreicht einen Kontaktwinkel von 165,7° und ermöglicht durch die synergistische Wirkung von photothermischer Aufheizung und Superhydrophobie eine schnelle Enteisung innerhalb von 44 s unter simulierter Sonneneinstrahlung.
Photothermische superhydrophobe Oberflächen bieten bemerkenswerte Vorteile für Anti-Icing- und Enteisungsanwendungen, ihre praktische Umsetzung wird jedoch häufig durch die niedrige Energiedichte und die Intermittenz der Sonnenenergie begrenzt. Zur Adressierung dieser Herausforderung stellte das Forschungsteam n-Eicosan@Cu₂O@Cu₂₋ₓS-Phasenwechsel-Mikrokapseln (MPCM) mit einer dreidimensionalen Nanoblumen-Architektur mittels Mikroverkapselung her. Die Cu₂₋ₓS-Schale verstärkt die Lichtaufnahme durch Mehrfachstreuung, Lichtlokalisierung und einstellbare lokalisierte Oberflächen-Plasmonenresonanz (LSPR) und ermöglicht damit eine effiziente Vollspektrum-Umwandlung von Licht in Wärme.
Die hierarchische Mikrostruktur und die plasmonische Absorption fördern synergistisch die thermische Energiespeicherung und -freisetzung. Die Doppelschalen-MPCM wurden anschliessend in ein Kohydrolyse-Kondensationssystem auf Basis von langkettigem Perfluorsilan integriert, um photothermische superhydrophobe Kompositbeschichtungen herzustellen. Die resultierenden Beschichtungen zeigten eine gleichmässige mikrokonvexe Morphologie und eine niedrige Oberflächenenergie mit einem Wasserkontaktwinkel von 165,7° und einem Gleitwinkel von 3,8°.
Lesetipp:
Lacksysteme Heutige Lacksysteme müssen eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen: vom stabilen Farbeffekt bis hin zum Korrosionsschutz. Ein umfassendes Verständnis, sowohl über die in einer Formulierung verwendeten Komponenten als auch über die Wechselwirkungen dieser untereinander, ist dazu unabdingbar. Auch der Produktionsprozess, das Beschichtungsverfahren und die Bedingungen bei der Filmbildung bestimmen das Eigenschaftsprofil der Beschichtung. In dem Buch „“Leistungsstarke Lacke formulieren„“ werden Lackchemikern oder Formulierungsspezialisten Prinzipien an die Hand gegeben, wie die Eigenschaften einer Beschichtung gezielt beeinflusst werden können. Ebenso soll dieses Wissen dazu dienen, Fehler zu vermeiden oder diese schnell zu korrigieren.
Mechanische Stabilität und schnelle Enteisung
Die Beschichtungen erwiesen sich auch unter mechanischer Belastung als robust: Nach Tests mit Wasserstrahlbelastung, Klebeband-Abzugstests und Frost-Tau-Zyklen blieb die Superhydrophobie erhalten. Damit adressiert das System eine zentrale Schwäche vieler superhydrophober Beschichtungen, die unter realen Einsatzbedingungen schnell ihre Funktionalität verlieren.
Unter simulierten Vereisungsbedingungen bei −10 °C und einer Bestrahlung von 100 mW cm⁻² verlängerte die Beschichtung die Gefrierzeit von Tropfen um das 10,3-fache im Vergleich zur unbeschichteten Referenz. Nach 44 s Bestrahlung glitten die Tropfen spontan von der Oberfläche ab, was die schnelle photothermische Enteisungsfähigkeit demonstriert. Damit liefert die Arbeit eine tragfähige Strategie für das Design hocheffizienter Anti-Icing- und Enteisungsoberflächen. Vielversprechende Anwendungsfelder eröffnen sich insbesondere in der Luftfahrt, Windenergie, Stromleitungen sowie im Infrastrukturbereich, wo Vereisung zu erheblichen Sicherheits- und Effizienzeinbussen führen kann.
Quelle: Xu, J. et al. Nanoflower double-shell phase-change microcapsules for photothermal superhydrophobic anti-/deicing coatings. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110249
