Antistoftechnologie baant de weg voor zelfreinigende oppervlakken

Stof is een normaal verschijnsel in het leven en het is meer dan alleen een dagelijkse overlast: het kan in machines en apparatuur terechtkomen, waardoor de efficiëntie verloren gaat of storingen optreden.

Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin werkten samen met het in North Carolina gevestigde bedrijf Smart Material Solutions Inc. om een ​​nieuwe methode te ontwikkelen om te voorkomen dat stof aan oppervlakken blijft kleven. Het resultaat is de mogelijkheid om vele soorten materialen stofbestendig te maken, van ruimtevaartuigen tot zonnepanelen tot huishoudelijke ramen.

Het onderzoek is gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces.

“Wat we hier hebben aangetoond, is een oppervlak dat zichzelf kan reinigen”, zegt Chih-Hao Chang, universitair hoofddocent aan de Walker Department of Mechanical Engineering van de Cockrell School of Engineering en een hoofdauteur van het onderzoek. “Deeltjes kunnen niet aan het oppervlak blijven kleven, dus komen ze los met alleen de zwaartekracht.”

Tijdens tests stapelden de onderzoekers maanstof op hun gemanipuleerde oppervlakken en draaiden vervolgens elk oppervlak op zijn kant. Het resultaat: slechts ongeveer 2% van het oppervlak bleef stoffig, vergeleken met meer dan 35% van een vergelijkbaar glad oppervlak.

De onderzoekers zeiden dat de ontdekking neerkomt op dingen die het menselijk oog niet kan waarnemen. In de experimenten veranderde het team de geometrie van vlakke oppervlakken om een ​​dicht opeengepakt netwerk van piramidevormige structuren op nanoschaal te creëren. Deze scherpe, hoekige structuren maken het moeilijk voor de stofdeeltjes om aan het materiaal te kleven, in plaats daarvan aan elkaar te kleven en door de zwaartekracht van het materiaal af te rollen.

Deze structuren bieden een passieve oplossing, wat betekent dat er geen extra energie of materialen nodig zijn om stof te verwijderen. Vergelijk dat eens met actievere oplossingen, zoals de voorruit van een auto waarvoor het gebruik van ruitenwissers en ruitenwisservloeistof nodig is om stof te verwijderen.

Het onderzoek werd gefinancierd via een beurs van NASA’s Small Business Innovation Research-programma, dus de eerste toepassingen richten zich op ruimtetechnologie. Ruimtestof is vooral vervelend vanwege het risicovolle karakter van alles in die omgeving, en de omstandigheden maken het verwijderen van stof een uitdaging. Stof veroorzaakte grote schade aan de Apollo-missies en zorgde ervoor dat Mars-rovers faalden.

“Er is niet veel dat je kunt doen aan maanstof in de ruimte – het kleeft aan alles en er is geen echte manier om het weg te vegen of af te spuiten”, zegt Samuel Lee, een hoofdauteur die een niet-gegradueerde onderzoeker was in de groep van Chang. “Stof op zonnepanelen van Mars-rovers kan ervoor zorgen dat ze uitvallen.”

Deze technologie kan ook een enorme impact hebben op de aarde. Het zou kunnen voorkomen dat zonnepanelen stof verzamelen en na verloop van tijd aan efficiëntie inboeten. Het zou glazen ramen en op een dag zelfs digitale schermen zoals telefoons en tv’s kunnen beschermen.

Anti-stoftechnologie bestaat al tientallen jaren, maar heeft buiten het laboratorium niet veel grip gekregen vanwege schaalproblemen. De onderzoekers gebruikten fabricageconcepten genaamd nanocoining en nanoimprinting, die patronen op objecten printen in een gemoderniseerde versie van de manier waarop kranten en foto’s massaal werden geproduceerd in de 19e eeuw.