Modification of wettability by surface structures created by fs-laser ablation on Si

Die Fähigkeit, die Benetzbarkeit von Oberflächen gezielt einzustellen ist entscheidend, um die Lebensdauer bei hoher Lebensqualität durch Einsatz moderner Implantate und Mediakamente zu verlängern, die Abfallreduktion durch verbesserten Korrosionschutz und Fäuleprävention voranzutreiben, sowie die Senkung von Emissionen durch effiziente Energienutzung und -erzeugung zu ermöglichen. Traditionelle Ansätze, die auf chemischen Behandlungen und Beschichtungen von Oberflächen basieren, weisen oft keine langfristige Stabilität auf und sind häufig mit Umwelt- oder Gesundheitsrisiken verbunden. Als Alternative untersucht diese Arbeit die Modifikation der Benetzbarkeit durch laserbasierte Oberflächenstrukturierung auf Silizium mittels fs-Laser-Ablation. Als Startpunkt wurden vier, aus der Literatur bekannte, Strukturen nachgebaut. Danach wurden vier weitere Strukturen mit leicht modifizierten Geometrien im Vergleich zu den ursprünglichen erzeugt. Zusätzlich wurde ein systematisches Screening auf Hydrophobie durch Variation des Durchmessers oder der Breite, der Tiefe und des Periodenabstands der geordneten geometrischen Merkmale für die drei ausgewählten Strukturgeometrien, Gitter-, Loch- und Spike-Strukturen, durchgeführt. Die resultierenden Strukturen wurden anschließend mit Hilfe der Laser-Scanning-Konfokal-Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und einer qualitativen Benetzbarkeitsprüfung analysiert, durch die eine Einteilung in vier Benetzungsregime erfolgte. Alle Strukturen konnten erfolgreich hergestellt werden, wobei ein ausgeprägtes superhydrophiles Verhalten in einer Röhrenstruktur beobachtet wurde. Ein Rückgang der Benetzbarkeit wurde nur für eine Struktur bestehend aus kleinen Löchern festgestellt, welche ein schwaches hydrophiles Verhalten zeigte. Ein Übergang zu Hydrophobie oder Superhydrophobie wurde nicht beobachtet. Zukünftige Forschungen sollten weiter untersuchen, wie lasergenerierte Strukturen und ihre Unterstrukturen die Stabilität der Gasansammlung in der Struktur beeinflussen.