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Transparente superhydrophobe Beschichtungen verbessern LiDAR-Signalpräzision
Neue Forschungsergebnisse stellen eine transparente, robuste superhydrophobe Beschichtung vor, die LiDAR-Systeme vor Verunreinigungen schützt und so eine präzise Umweltüberwachung ermöglicht.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Jing Chen und Kolleg:innen hat eine transparente und robuste superhydrophobe Beschichtung entwickelt, die die Leistung von LiDAR-Systemen (Light Detection and Ranging) zur Umweltüberwachung verbessert. LiDAR-Systeme, die insbesondere bei der Bewertung der Luftqualität eine entscheidende Rolle spielen, leiden häufig unter Signalstörungen, die durch Wassertropfen oder Verunreinigungen auf den Schutzfenstern verursacht werden. Die neue Beschichtung löst dieses Problem, indem sie eine hochpräzise Signalübertragung selbst unter schwierigen Einsatzbedingungen sicherstellt.
Die Beschichtung basiert auf einem mit Polydimethylsiloxan (PDMS) beladenen Glasuntergrund und verwendet Tetraethylorthosilikat (TEOS) sowie Kohlenstoffruß (CS), um eine raue Kompositstruktur zu erzeugen. Durch Hochtemperatur-Temperung wird der Kohlenstoffruß entfernt, wodurch eine dichte, dreidimensionale verzweigte Struktur entsteht. Die Zugabe von 1H, 1H, 2H, 2H-Perfluoroctyltriethoxysilan (PTES) verringert zusätzlich die Oberflächenenergie und erhöht die strukturelle Robustheit, was der Beschichtung außergewöhnliche superhydrophobe Eigenschaften verleiht.
Lesetipp: Funktionelle Beschichtungen
Beschichtungen werden auf Oberflächen hauptsächlich zu dekorativen, funktionellen oder Schutzzwecken angewandt, doch in den meisten Fällen ist es eine Kombination aus all diesen. Das Buch „Funktionelle Beschichtungen“ gibt einen tiefen Einblick in neue Entwicklungen funktioneller Überzüge mit dem Fokus auf organisch-basierten Materialien. Auch hebt es die letzten Entwicklungen der verschiedenen Technologien und neuartigen Oberflächenfunktionen hervor, die Dekoration, Korrosionsschutz und Oberflächenschutz betreffen.
Haltbarkeit und Anwendung in der Praxis
Die Studie hebt die außergewöhnlichen Eigenschaften der Beschichtung hervor, darunter ein Wasserabweiswinkel von 165,04° und ein Gleitwinkel von nur 0,47° sowie eine Lichtdurchlässigkeit von 92,4 %. Umfangreiche Haltbarkeitstests zeigen, dass die Beschichtung unter verschiedenen Bedingungen standhält, darunter Abrieb, Sandaufprall, Kratzer durch Messer und Säure-/Alkalieintauchung bis zu 120 Stunden. Außerdem übersteht sie Langzeit-Witterungstests wie UV-Strahlung (60 Tage), extreme Temperaturen von −20 °C bis 50 °C (40 Tage) und reale Outdoor-Bedingungen (90 Tage), ohne ihre superhydrophoben Eigenschaften zu verlieren.
Integriert in LiDAR-Systeme verhindert die Beschichtung die Verunreinigung der Schutzfenster und sichert so die Qualität der Signalübertragung. Diese innovative Entwicklung eröffnet neue Möglichkeiten für zuverlässige und präzise Technologien zur Umweltüberwachung und verbessert Anwendungen wie die Luftqualitätsbewertung erheblich.
Quelle: Chen, J., Wang, F., Jia, X., Xiao, X., Chen, S., & Wang, X., Transparent and robust superhydrophobic coatings for high-fidelity signal transmission in atmospheric light detection and ranging windows. Langmuir, 41(40), (2025).
