Professor Rafael Taboryski fra DTU Nanolab er inspireret af naturens mikrostrukturer, blandt andet overfladen på lotusblomstens blade. Nu har han fået doktorgraden for sit videnskabelige arbejde om at genskabe lignende overfladestrukturer.
Som videnskabsmand er Rafael Taboryski optaget af de naturligt forekommende mikrostrukturer, der findes i verden omkring os. Som eksempel fremhæver han den hellige lotusblomst, hvor plantens blade har en selvrensende overflade. Her lægger vand sig som små kugleformede dråber, der samler smudset op og sender det væk fra bladet, når de triller af.
Hvis man kigger på lotusblomstens overflade i et elektronmikroskop, bliver det tydeligt, at overfladen har en særlig nubret og behåret struktur. Det viser sig endvidere, at hårene består af nanofibre med en meget vandskyende kemisk sammensætning, som er hemmeligheden bag blomstens særlige egenskaber.
Netop de egenskaber vil man gerne have på overflader, der skal være nemme at rengøre. I andre situationer kan det være en fordel, at vand lægger sig som en tynd film på overfladen i stedet for som små dugdråber. Det gælder f.eks. på solceller, hvor effektiviteten forringes, hvis lyset spredes i dråberne.
"Det, vi gør, er i virkeligheden bare at kopiere de strukturer, vi finder i naturen, og rekonstruere dem på andre overflader. Og vi har påvist, at vi rent faktisk kan genskabe disse fantastiske egenskaber i f.eks. plastik"
Rafael Taboryski
Fantastiske egenskaber
”Det, vi gør, er i virkeligheden bare at kopiere de strukturer, vi finder i naturen, og rekonstruere dem på andre overflader. Og vi har påvist, at vi rent faktisk kan genskabe disse fantastiske egenskaber i f.eks. plastik,” fortæller den nyslåede dr. techn.
Hvor lotusbladet har en overflade, der er fugtafvisende, så binder overfladen på rosens kronblade fugten, så bladet ikke tørrer ud. Og det er hovedsageligt de to kategorier af egenskaber i overfladestrukturer, Rafael Taboryski har arbejdet med; mikro- og nanostrukturer, som henholdsvis afviser bestemte væsker eller vædes af dem. Begge dele handler om befugtning af overflader, derfor har afhandlingen fået titlen ’Engineering of wetting properties for solid surfaces’.
Anvendelig videnskab
Befugtning af faste overflader er relevant for en lang række produkter, fra vinduer til solceller, briller og endoskoper.
Dug består af en myriade af mikroskopiske vandråber, som spreder lyset og ødelægger sigtbarheden, når overfladen køles til under dugpunktet i en fugtig atmosfære. Antidug-effekt kan opnås, hvis man kan sørge for, at der på overfladen i stedet for mikro-dråberne dannes en tynd jævn og dermed gennemsigtig vandfilm. Her er udfordringen, at coatingen skal være gennemsigtig, og eventuelle overfladestrukturer skal være så små, at de ikke selv spreder lyset, dvs. i praksis mindre end ca. 200 nanometer, svarende til ca. halvdelen af den mindste bølgelængde af synligt lys.
Ofte er det befugtning med vand som f.eks. regnvand på vinduer eller solceller, man er interesseret i at kunne kontrollere, men principperne til design af overflader med veldefinerede befugtningsegenskaber er de samme uafhængigt af, hvilken væske man er interesseret i at afvise eller væde med.
DTU’s renrum afgørende for forskningen
Rafael Taboryski er motiveret af at forstå den verden, der omgiver os, og genskabe dens mikrostrukturer, hvor det giver mening. Han har udviklet metoder til design og fabrikation af faste overflader med ønskede befugtningsegenskaber og vist, at disse egenskaber kraftigt kan forstærkes, hvis en overflades kemiske komposition suppleres med overfladestrukturering på mikro- og nanoskala. Samspillet mellem en overflades kemi og dens tekstur er således det afgørende virkemiddel og nøglen til at konstruere overflader med meget markante befugtningsegenskaber.
En vigtig forudsætning for arbejdet er de unikke partikelfrie renrumsfaciliteter, som findes på DTU, hvor Rafael Taboryski blandt andet har kunnet eksperimenterne med plast i stedet for at skulle bruge dyrere eller besværligere materialer som silicium eller glas.
Doktorafhandlingen bygger på 15 publikationer, som han har udgivet de seneste år, og samlet repræsenterer de både en meget bred og dyb indsigt i emnet, mener professor Hans Jürgen Butt fra Max Planck instituttet i Tyskland, som var opponent på doktorafhandlingen.
Arbejdet har givet anledning til mange nye videnskabelige erkendelser og desuden til samarbejde med en række virksomheder som f.eks. Lego og Danapak Flexibles, der henholdsvis arbejder med sprøjtestøbte plastkomponenter og plastfolier.