Optimierte Oberflächen Vom Silberspiegel zum kratzfesten Autolack

Optimierte Oberflächen
Vom Silberspiegel
zum kratzfesten Autolack
MICHAEL FRÖBA | WILFRIED SCHELD | CARINA GATH | FRANK HOFFMANN
Abb. 1 Kleiner
Handspiegel nach
Liebigs Verfahren
versilbert in einer
Montierung. [Foto:
Deutsches Museum
München]
Was haben der Spiegel im Badezimmer, die
Lackierung unseres Autos und das witterungsbeständige
Zelt gemeinsam? In allen
Fällen handelt es sich um Materialien, deren
Oberflächeneigenschaften chemisch so
modifiziert wurden, dass sie für die jeweiligen
Anwendungsanforderungen bestmöglichst
angepasst sind.
Im Rahmen einer populärwissenschaftlichen Vorlesungsreihe,
die anlässlich der Feiern zum 200. Geburtstag von
Justus Liebig an der Justus-Liebig-Universität in Gießen im
Sommer 2003 durchgeführt wurde, entstand diese Experimentalvorlesung.
Ziel war es, speziell auf dem Gebiet der
Oberflächen eine Brücke zu schlagen von Liebigs Arbeiten
zu den heutigen Hochleistungsmaterialen. Schwerpunkt dieses
Beitrags bilden neben Oberflächenbehandlungen, die einen
Korrosions-, Verschleiß- oder Alterungsschutz bieten,
auch Verfahren, die zu besonders wasser- und schmutzabweisenden
bzw. kratzfesten Beschichtungen führen.
Metallbeschichtungen
Eine Vielzahl der Gegenstände, die uns im täglichen Leben
umgeben, sind mit einer dünnen, meist glänzenden Metallschicht
überzogen. Sie bewirkt, dass das darunter liegende
Material z.B. nicht so schnell korrodiert oder verschleißt. Im
Folgenden sollen drei einfache Verfahren vorgestellt werden,
mit denen man gezielt auf Oberflächen dünne Metallschichten
aufbringen kann.
Spiegel – Vom Spiegelamalgam zum Silberspiegel
Spiegel sind Körper mit glatten Oberflächen, die Licht so
reflektieren, dass Spiegelbilder entstehen. Je nachdem, ob
die Spiegelfläche vollkommen eben oder gekrümmt ist, unterscheidet
man zwischen Plan- und Konvex- bzw. Konkavspiegeln,
wobei aber im täglichen Leben die Planspiegel
von weit größerer Bedeutung sind. Die Spiegelfläche besteht
meist aus poliertem Metall oder aus Glas mit aufgedampftem
bzw. chemisch abgeschiedenem Metall.
162 | © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim DOI: 10.1002/ciuz.200400319 Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171

Während man zur Zeit der äqyptischen und griechischen
Hochkulturen sowie bei den Römern polierte Metallscheiben
aus Kupfer, Bronze, Silber oder Gold als Spiegel
verwendete, wurden ab dem 13. Jahrhundert erste Spiegel
hergestellt, bei denen dünne Metallschichten auf Glas
oder Stein abgeschieden wurden. Durchgeführt hat man
diese Beschichtungen auf Belegtischen (Abbildung 2). Hierbei
handelt es sich um eine ebene, in einen Kasten gesetzte
Marmorplatte, die ringsherum mit einer Rinne umgeben
ist. Auf dieser Platte wurde dann eine dünne Zinnfolie gelegt
und 3-5 mm hoch mit metallischen Quecksilber übergossen
[1]. Durch Verreiben bildete sich auf der Oberfläche
ein weiches plastisches Amalgam (Amalgam von arab. Almalgam
= erweichende Salbe).
Auf das Spiegelamalgam bestehend aus ca. 77% Hg und
23% Sn schob man dann vorsichtig eine Glasplatte, die mit
Gewichten beschwert wurde, um noch vorhandenes flüssiges
Quecksilber abzupressen. Zusätzlich wurde der Tisch
leicht geneigt. Nach ca. 24 Stunden legte man den Spiegel
mit der Amalgamseite nach oben auf ein Gerüst, welches
man allmählich immer mehr neigte, bis der Spiegel senkrecht
stand. Nach etwa 8-20 Tagen war der Spiegel soweit
ausgehärtet, dass er gerahmt werden konnte.
Der große Nachteil dieses Verfahrens bestand aber darin,
dass die Arbeiter den giftigen Quecksilberdämpfen ausgesetzt
waren. Daher waren Quecksilbervergiftungen eine
typische Berufskrankheit der Spiegelarbeiter, die schon früh
als solche anerkannt war [1].
Erste Versuche, Spiegel mit einer dünnen Silberschicht
in einem Nassversilberungsverfahren herzustellen, wurden
1843 von dem Engländer Thomas Drayton unternommen.
Dieses Verfahren war aber nie ganz ausgereift und hatte
deshalb auch keinen kommerziellen Erfolg.
Bereits 1835 hatte sich Justus von Liebig (1803-1873)
mit der Reduktion von Silbersalzen durch Aldehyde beschäftigt,
ohne aber zu diesem Zeitpunkt zu erkennen, dass
er damit einen relativ einfachen Weg gefunden hatte, um
Silber als Spiegel auf Glas abzuscheiden. Erst 20 Jahre später,
nachdem ihn sein Freund der Physiker und Astronom
Carl August Steinheil (1801-1870) darum bat, kamen ihm
diese Erkenntnisse zugute.
Die Spiegel der Spiegelteleskope bestanden zu dieser
Zeit aus Bronze und reflektierten nur ca. 60% des Lichts,
und Steinheil erhoffte sich durch Silberspiegel eine verbesserte
Reflektivität. Liebig gelang es nun, aus einer ammoniakalischen
Silbernitratlösung mit Hilfe eines organischen
Reduktionsmittels (z.B. Glucose) eine dünne, sehr
gut reflektierende Silberschicht auf Glas abzuscheiden
(Abbildungen 1 und 3).
Diese Silberspiegel konnten nun billiger und vor allem
mit deutlich reduziertem Gesundheitsrisiko für die Arbeiter
produziert werden. Um die Silberschicht der im Haushalt
gebräuchlichen Spiegel vor dem Anlaufen und mechanischer
Beschädigung zu schützen, entwickelte Liebig außerdem
ein Verfahren, um die Silberschicht mit einer dünnen,
galvanisch aufgebrachten Kupferschicht zu überziehen [1].
LIEBIGS ERBEN
Auch heute noch werden Spiegel (Versilberung von
Glas) nach diesem Prinzip auf „chemischen Wege“ hergestellt,
wobei die Verspiegelungschemikalien aber in einer
besonderen Spritztechnik aufgetragen werden. Nach dem
Verkupfern werden die Metallschichten heutzutage durch
Spiegellackierungen mit Speziallacken gegen weitere Beschädigungen
geschützt. Neben Glas finden im Haushalt
oder in der Automobilindustrie auch Kunststoffe als Trägermaterialien
Verwendung.
Stromlose Metallabscheidung-Zementation
Unter Zementation im elektrochemischen Sinne versteht
man die stromlose Abscheidung eines Metalls aus Lösung
durch Zusatz eines unedleren Metalls, das in der elektrochemischen
Spannungsreihe vor dem auszufällenden Metall
steht und anstelle des edleren in Lösung geht [2]. Diesen
Prozess nutzt man z.B. aus, um aus kupferhaltigen Kiesabbränden
oder Erzen elementares Kupfer zu gewinnen. Hierfür
werden diese zunächst ausgelaugt und man erhält Kupfersulfat,
das durch die Zugabe von eisenhaltigem Schrott
oder Eisenschwamm reduziert wird, wobei sich elementares
Kupfer abscheidet. Diese Methode kann aber auch da-
| OBERFLÄCHEN
Abb. 2 Belegtische
dienten der
Abscheidung dünnerMetallschichten
auf Glas oder
Stein. [aus: Das
neue Buch der
Erfindungen,
Gewerbe und
Industrien, Bd. 4
(Leipzig und Berlin),
1877, S. 429]
Amalgame lassen
sich leicht verformen
und somit
leicht verarbeiten,
ein Grund weshalb
z.B. Silberamalgam
auch gerne als
Zahnfüllung verwendet
wurde.
Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171 www.chiuz.de © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
| 163

Abb. 3 Bei der
Herstellung unseres
Silberspiegels
im Experiment
verwenden wir als
Reduktionsmittel
Kaliumnatriumtartrat,
das Seignettesalz,
um
einen Glasrundkolben
von innen
zu versilbern.
>> Abb. 4 Silberschicht
auf
Kupferblech abgeschieden(stromlos).
>>> Abb. 5 Kupferschicht
auf
Platinblech abgeschieden(elektrolytisch).
zu verwandt werden, ein unedles Metall (z.B. Eisen und
Zink) mit einem edleren zu beschichten (Verkupfern oder
Versilbern). Als Beispiel haben wir die stromlose Abscheidung
von metallischem Silber auf einem Kupferblech gewählt
(Abbildung 4). Je nach Temperatur, pH-Wert und Aktivität
der Ausgangsstoffe, können sich die Metallschichten
in ihrer Kristallitgröße und damit auch in ihren optischen
Eigenschaften unterscheiden.
Elektrolytische Metallabscheidung
Möchte man hingegen ein unedleres Metall aus Lösung auf
einem edleren Metall abscheiden, erfolgt dieser Prozess
nicht freiwillig und stromlos, sondern erfordert eine von
außen angelegte Spannung, die die Potentialdifferenz
zwischen beiden Metallen überwindet. In unserem Beispiel
soll Kupfer auf einem Platinblech abgeschieden werden.
Nach Anschluss an eine Gleichstromquelle fungiert ein Pt-
Blech als Anode (als Oxidationsprozess geht hier nicht Platin
in Lösung, sondern durch elektrolytische Zersetzung findet
eine Sauerstoff- bzw. CO2-Entwicklung statt), während
das andere die Kathode darstellt, an der sich das Cu elementar
abscheidet (Abbildung 5). Um den Ohmschen Widerstand
der Zelle zu überwinden und eine bestimmte
Stromstärke aufrecht zu erhalten, sollte die angelegte Spannung
zumindest etwas größer sein als die elektromotorische
Kraft (Pt/Cu: 0.848 V) des freiwillig ablaufenden
umgekehrten Vorgangs (Pt scheidet sich auf Cu ab).
Häufig müssen aber noch höhere Spannungen gewählt
werden, um z.B. eine auftretende Überspannung zu überwinden
oder die Abscheidungsmenge pro Zeiteinheit zu
variieren.
Das Eloxal-Verfahren
Aluminium zählt aufgrund seiner geringen Dichte (2.699 g/
cm 3 ) zu den Leichtmetallen. Es zeichnet sich außerdem dadurch
aus, dass es ungiftig, thermisch und elektrisch gut leitend,
nicht magnetisch, gut hämmer-, gieß-, schmied- und
ziehbar sowie korrosionsbeständig ist. Mit diesen herausragenden
Eigenschaften ist elementares Aluminium das
wichtigste Nicht-Eisenmetall, das in der Technik verschiedenartigste
Verwendung findet [3].
Obwohl es eine hohe Sauerstoffaffinität aufweist, ist reines
Aluminium im Unterschied zum leicht korrodierenden
Eisen an Luft beständig, da es sich mit einer durchgehenden,
fest anhaftenden dünnen Oxidschicht bedeckt (Dicke:
bis ca. 15 nm) [4], die eine weitere Oxidation des darunter
liegenden Metalls verhindert. Dieser Korrosionsschutz kann
aber noch deutlich verbessert werden, wenn man durch
anodische Oxidation künstlich eine wesentlich dickere,
harte Oxidschicht (Dicke: bis ca. 0.4 mm) auf der Oberfläche
erzeugt. Bei dieser elektrolytischen Oxidation von
Aluminium („Eloxal-Verfahren“) wird die Oberfläche des
Aluminiums in Aluminiumoxid (häufig auch als „anodic alumina“
bezeichnet) umgewandelt, das fest mit dem Aluminium
verbunden ist. Diese chemisch passivierende, gegen
Witterungseinflüsse, Säuren oder Alkalilaugen weitgehend
beständige und elektrisch isolierende Oxidschicht kann
auch in poröser Form hergestellt werden (seit etwa 1920
bekannt), was die Anwendungsbereiche zusätzlich erweitert
und z.B. die Möglichkeit bietet, das eloxierte Aluminium
durch Zusatz von Farbstoffen, die in die Poren eingebracht
werden, in fast jeder erdenklichen Farbe gleichmäßig
anzufärben. Die anodische Oxidation von Aluminium ist
ein sehr wichtiges Verfahren, das in vielen kleinen Varianten
bereits seit etwa 100 Jahren industriell genutzt wird
(Abbildung 6). So behandeltes Aluminium findet z.B. Anwendung
in Leichtbaukonstruktionen von Gebäuden, im
Fahrzeug-, Flugzeug- und Maschinenbau aber auch zur
Veredelung von Möbeln, Haushaltswaren oder Verpackungskomponenten
in der Kosmetikindustrie (Abbildungen
7 und 8).
Grundlagen der anodischen Oxidation
Um eine ebene, einheitliche Eloxalschicht herzustellen, die
später auch ein gleichmäßiges Einfärben zulässt, muss die
Oberfläche zunächst gründlich gereinigt und von seiner
natürlichen Oxidschicht befreit werden. Hierfür sind eine
Vielzahl an Reinigungs-, Beiz-, Schleif- und Polierprozessen
bekannt. Liegt nun eine reine und ebene Aluminiumoberfläche
vor, so wird das Aluminium in eine Elektrolytlösung
getaucht und mit einer Gleichstromquelle verbunden. Zu
den wichtigsten Faktoren, die über die Art der sich aus-
164 | © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chiuz.de Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171

ildenden Oxidschicht entscheiden, zählt die Natur des
flüssigen Elektrolyten. Man unterscheidet hierbei zwischen
Elektrolyten, in denen Al zumindest geringfügig löslich ist
und solchen, in denen es vollständig unlöslich ist. Zu Letzteren
zählen die häufig verwendeten organischen Säuren
wie Malein-, Zitronen, oder Glykolsäure (pH-Wert > 5).
Führt man die elektrochemische Oxidation in solchen Elektrolytlösungen
durch, erhält man ein kompaktes, unporöses
Aluminiumoxid, das als „barrier-type alumina“ bezeichnet
wird. Mit fortlaufender Oxidation nimmt hier die Dicke des
als Sperrschicht wirkenden Oxids immer mehr zu, was dazu
führt, dass die Stromdichte als Funktion der Zeit exponentiell
abnimmt (Abbildung 9).
Verwendet man hingegen Elektrolyte, in denen sich das
Aluminium ein wenig löst, wie z.B. Schwefel-, Oxal- oder
Phosphorsäure, ist das sich ausbildende Oxid porös. Hier
zeigt die Stromdichte/Zeit-Kurve einen gänzlich anderen
Verlauf [4].
Betrachten wir zunächst die grundlegenden Elektrodenreaktionen
(s.u.), die bei dem Eloxal-Verfahren ablaufen.
Beim Anlegen der Gleichspannung kommt es zur Oxidation
des Aluminiums, das als Anode fungiert. Gleichzeitig
findet an der zunächst noch vorhandenen Grenzfläche
Metall/Elektrolyt eine Aufspaltung des Wassers statt, wobei
die freiwerdenden OH – -Ionen mit den Al 3+ -Ionen zunächst
zu Al(OH)3 und dann weiter zu Al2O3 reagieren. Die im weiteren
Verlauf an der Grenzfläche Metall/Oxid sich bildenden
Al 3+ -Ionen wandern in Richtung des Elektrolyten,
während sich die OH - -Ionen aufgrund der Feldwirkung
durch das Oxid zum Metall hin bewegen (Abbildung 10, s.
auch Infokasten S. 166). An der Kathode kommt es zur
LIEBIGS ERBEN
| OBERFLÄCHEN
Abb. 7 Eloxierte und angefärbte Thermoskannen.
< Abb. 6 Tauchbecken zum Eloxieren von
Aluminium (Fa. Seidel GmbH + Co, Marburg).
Reduktion von H3O + und zur Bildung von molekularem
Wasserstoff.
Elektrodenreaktionen
Anode: 2Al + 9H2O → Al2O3 + 6H3O + + 6e -
Kathode: 6H3O + + 6e - → 3H2↑ + 6H2O
Gesamt: 2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2↑
Anfärben der Aluminiumoxidschicht
Die Poren bieten die Möglichkeit, Farbstoffe aufzunehmen
und somit die Oberfläche anzufärben. Hierbei unterscheidet
man zwischen zwei Färbetechniken: der Färbung durch
Adsorption und der elektrochemischen Abscheidung von
Farbstoffen. Im ersten Fall wird das poröse Aluminiumoxid
in eine Lösung getaucht, die organische oder anorganische
Farbstoffe enthält. Diese werden von den Poren aufgenommen
und lagern sich aufgrund der geringen Diffusionsgeschwindigkeit
hauptsächlich im Bereich der Porenöffnungen
ab (Abbildung 13 a). Organische Farbstoffmoleküle
werden dabei direkt aus der Lösung adsorbiert,
während im Fall anorganischer Farbstoffe wie Metallsalzen
oder Metallen diese erst durch Hydrolyse und Fällung oder
chemischer Reduktion geeigneter Vorläuferverbindungen
abgeschieden und in den Poren immobilisiert werden.
Neben der Adsorption werden insbesondere
Metallpigmente aus Metallsalzlösungen
unter Anlegen einer
Wechselspannung elektrochemisch
im Poren-inneren abgeschieden.
Verursacht durch den
Wechselstrom dringen die Metallkationen
tief in die Poren ein und werden
Abb. 8 Produkte
aus dem Kosmetikbereich,
deren
Verpackung z.T.
aus eloxiertem
und angefärbtem
Aluminium
bestehen (Fa.
Seidel GmbH + Co,
Marburg)
Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171 www.chiuz.de © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
| 165

MODELL ZUR BILDUNG EINER PORÖSEN ALUMINIUMOXIDSCHICHT
Nun sollen die Prozesse, die sich an der Anode abspielen,
in einem einfachen Modell etwas genauer
betrachtet werden [5]. Hierbei muss aber auch erwähnt
werden, dass es noch eine ganze Reihe weiterer
mehr oder weniger akzeptierter theoretischer
Modelle gibt, die die mögliche Bildung und das
Wachstum der Poren in Abhängigkeit von den verschiedensten
Parametern beschreiben.
Die anodische Oxidation des Aluminiums führt an
der Grenzfläche zum Elektrolyten zunächst zur
Ausbildung der erwähnten dichten oxidischen
Sperrschicht, die durch ihre elektrisch isolierende
Eigenschaft den elektrischen Widerstand der
Anode ansteigen und die Stromdichte sinken lässt
(Abbildungen 9 und 10, Bereich I). Ab einem bestimmten
Zeitpunkt (A) kommt es dann im Fall des
sich nun ausbildenden porösen Al2O3 zu einem
veränderten weiteren Verlauf der Stromdichte/Zeit-
Kurve. Das geringe aber dennoch vorhandene
Oxidlösungsvermögen des Elektrolyten verursacht
kleine Unregelmäßigkeiten auf der Oxidoberfläche
und damit in der Dicke der Sperrschicht (Bereich
II). Diese führen dazu, dass sich an ausgedünnten
Stellen erhöhte Stromdichten einstellen, die dann
zu einer verstärkten Oxidauflösung und weiteren
Vertiefungen führen. Diese Vertiefungen bilden die
Keime der sich nun ausbildenden Poren. Die an
diesen Stellen erhöhte elektrische Feldstärke
bewirkt eine erhöhte Ionenbeweglichkeit durch die
Abb. 9 Zeitlicher Verlauf der Stromdichte
bei der Bildung von porösem (1)
und unporösem (2) eloxiertem Aluminium.
Abb. 11 Schematischer Aufbau von
eloxiertem Aluminium
Sperrschicht hindurch, so dass sich das Oxidwachstum
beschleunigt und die Stromdichte wieder
ansteigt (Bereich III). Mit zunehmender Porendichte
steigt die Stromdichte, bis die Oberfläche
komplett mit Poren bedeckt ist. Verursacht durch
die zunehmenden Wechselwirkungen zwischen
den Poren nimmt die Stromdichte immer weniger
zu und erreicht nach einem geringen Abfall einen
konstanten Wert, der durch einen stabilen mittleren
Porenabstand bedingt ist (Bereich IV). Das weitere
Porenwachstum wird durch das Gleichgewicht
zwischen der Bildung (Grenzfläche: Metall/Oxid)
und der Auflösung (Grenzfläche: Oxid/Elektrolyt)
des unporösen Oxids bestimmt, was letztendlich
dazu führt, dass sich dessen Schichtdicke nicht
weiter verändert. Die Poren am unteren Ende
wachsen dadurch, dass aus dem Aluminium Al3+ -
Ionen in die dünne Oxidschicht wandern, während
sich die OH-- bzw O2--Ionen vom Elektrolyten aus
in die Oxidschicht begeben. Ungefähr 30% der in
der Oxidschicht befindlichen Al3+ -Ionen werden
nun vom Elektrolyten aus der Oxidschicht herausgelöst,
so dass ein Ladungsaustausch zwischen Al
und dem Elektrolyten gegeben ist.
Im weiteren Verlauf der Oxidation wandert diese
stabile Sperrschicht immer tiefer in das Al, während
auf ihrer Rückseite die Dicke der porösen Aluminiumoxidschicht
immer mehr zunimmt und bis zu
mehreren hundert Mikrometern anwachsen kann
166 | © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chiuz.de Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171
|
Abb. 12 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen poröser
Aluminiumoxidschichten.
(Bereich V). Die sich ausbildenden relativ einheitlichen
Poren wachsen senkrecht zur Aluminiumoberfläche,
sind parallel zueinander ausgerichtet
und besitzen eine zylindrische Form, die aber aufgrund
einer immer vorhandenen geringen Löslichkeit
der Porenwände im Elektrolyten im weiteren
Verlauf der Oxidation zum Porenboden hin leicht
konisch zuläuft (Abbildung 11).
Die Porenwand besteht aus einer dünneren Zone
direkt um die Pore herum, die im Kontakt mit dem
Elektrolyten steht und deswegen mit Elektrolytbestandteilen
verunreinigt ist, und einer äußeren
Mantelzone, die aus reinem Al2O3 aufgebaut ist.
Beide Zonen bestehen im Gegensatz zur kristallinen
„barrier-type“-Schicht aus einer amorphen
Modifikation des Al2O3.
In Abhängigkeit von den experimentellen Bedingungen
können sich die Poren in einer dichtesten
Packung mit hexagonaler Symmetrie anordnen
(Abbildung 12). Seit etwa 1995 ist es auch möglich,
perfekte hexagonale Anordnungen der Poren
mit Domänengrößen im Submikrometerbereich
herzustellen. Hierfür muss die gesäuberte Aluminiumoberfläche
aber vor der eigentlichen Oxidation
lithographisch vorstrukturiert werden [6].
In Abhängigkeit vom verwendeten Elektrolyten
und der angelegten Gleichspannung können Poren
mit einem Durchmesser von etwa 5 -150 nm ohne
Probleme hergestellt werden [4].
So weist z.B. entsprechend poröses
Aluminiumoxid, das in Schwefel- oder
Oxalsäure hergestellt wurde, Mesoporen
auf, während die Oxidation in Phosphorsäure
zu größeren Makroporen
führt (Durchmesser: Mesoporen:
2-50 nm; Makroporen: > 50 nm).
Abb. 10 Modell zum Bildungsmechanismus
(in Bereiche I-V
unterteilt) einer porösen Aluminiumoxidschicht
(grau: Al, hellblau:
Sperrschicht Al2O3, weiß:
amorphes Al2O3, gelb: Elektrolyt)

dann an der sich am Porenende befindlichen unporösen
Al2O3-Schicht reduziert (13 b). Um die Farbschattierung der
äußeren Oxidschicht noch weiter zu verändern, gibt es
auch die Möglichkeit, beide Prozesse zu kombinieren und
somit unterschiedliche Farbpigmente im Poreninneren und
im Bereich der Porenöffnung zu fixieren (13 c). Als Beispiel
haben wir das adsorptive Anfärben mit einem blauen und
roten Farbstoff gewählt (Abbildung 14).
Um eine langanhaltende Beständigkeit gegenüber Korrosion
zu gewährleisten, muss im abschließenden Schritt
die Oberfläche des porösen Al2O3 verschlossen werden.
Durch Eintauchen in kochendes Wasser oder durch Behandlung
mit gesättigten Wasserdampf bildet sich Böhmit
(γ-AlO(OH)) auf der Oberfläche, das zu einer Versiegelung
der Porenausgänge und damit zu einem Schutz der Farbstoffe
sowie der porösen Oxidschicht selbst führt.
Wasser- und schmutzabweisende Oberflächen
Ob es sich um Fassadenelemente, Scheiben, Spiegel, Fliesen
oder Textilien handelt, die Oberflächen dieser Materialien
sind täglich den vielfältigsten Umwelteinflüssen ausgesetzt.
Hierbei stellen neben Licht und Wärme insbesondere der
Einfluss von Wasser (Benetzung) und Schmutz hohe Anforderungen
an die „Chemie dieser Oberflächen“. Im Folgenden
werden Möglichkeiten vorgestellt, um Oberflächen
gezielt chemisch zu verändern.
Eigenschaften von Grenzflächen
Will man sich mit der Benetz- und Verschmutzbarkeit von
Oberflächen etwas genauer auseinandersetzen, muss man
zunächst die physikalisch-chemischen Grundlagen betrachten,
auf denen die diese Prozesse bestimmenden Kräfte
beruhen [7].
So bezeichnet man die anziehenden Kräfte zwischen
Molekülen in einer Flüssigkeit als Kohäsionskräfte, während
die Kraft, die zwischen einem Flüssigkeitsmolekül und einer
anderen Substanz, z.B. einer festen Oberfläche, Adhäsionskraft
genannt wird. Wenn die Adhäsionskraft stärker ist
als die Kohäsionskraft – wie bei Wasser auf einer Glasfläche
– dann sagt man, dass die Flüssigkeit die Oberfläche der anderen
Substanz benetzt. Ein Maß für die relative Stärke der
Kohäsions- und Adhäsionskräfte und damit für die Benetzbarkeit
von Oberflächen ist der Kontaktwinkel θ. Dieser
wird bestimmt durch die Grenzflächenspannungen σ, die
an den Grenzflächen zwischen Luft/Flüssigkeit (σ12), Flüs-
LIEBIGS ERBEN
| |
ABB. 13 ANFÄRBETECHNIKEN … ABB. 14 ELOXIERTES ALUMINIUM:
… von eloxiertem
Aluminium: a)
adsorptives Färben,
b) elektrochemisch
und
c) Kombination
aus beiden.
ungefärbt bzw. blau und rot angefärbt.
sigkeit/Festkörper (σ23) und Luft/Festkörper (σ13) auftreten
(Abbildung 15) und über die Gleichung (σ13 – σ23 =
σ12cosθ) miteinander in Beziehung stehen. Ein Kontaktwinkel
von 0 o gibt eine vollständige Benetzung an (Wassertropfen
verläuft zu einem monomolekularen Film),
während 180 o eine vollständige Nichtbenetzbarkeit darstellt
(Tropfen berührt die Oberfläche in nur einem kleinen
Punkt; die Adhäsionskräfte sind minimal und der Tropfen
nimmt aufgrund der Oberflächenspannung eine kugelförmige
Gestalt an). Kleine Kontaktwinkel (< 90 o ) kennzeichnen
also gut mit Wasser benetzbare (hydrophile) Oberflächen,
während große Winkel (> 90 o ) für schwer benetzbare
(hydrophobe) Oberflächen charakteristisch sind.
Auf extrem hydrophoben Materialien können auf glatten
Oberflächen maximale Kontaktwinkel von etwa 110-120 o
gegenüber Wasser erreicht werden.
Silicone-Polyorganosiloxane
Eine Möglichkeit, die Benetzbarkeit einer Oberfläche zu
verringern, besteht in der Beschichtung mit wasserabweisenden
Verbindungen. Eine große Gruppe solcher Verbindungen
stellen die Silicone dar, polymere anorganisch-organische
Hybridmaterialien, die über vielfältigste faszinierende
Eigenschaften verfügen. Synthetisiert werden Silicone
(Polyorganosiloxane) durch Hydrolyse (oder Methanolyse)
und anschließender Kondensation kurzkettiger
Organochlorsilane (RnSiCl4-n), die man ihrerseits in der
bekannten Direktsynthese nach Müller-Rochow darstellen
kann. Polyorganosiloxane sind aus den Baueinheiten
R3SiO1/2 (monofunktionelle Endgruppe, Kurzzeichen M),
R2SiO2/2 (difunktionelles Kettenglied, Kurzzeichen D),
RSiO3/2 (trifunktionelle Verzweigungsstelle, Kurzzeichen T)
und/oder SiO4/2 (quadrifunktionelle Verzweigungsstelle,
Kurzzeichen Q) aufgebaut. Die Kombination dieser Bau-
| OBERFLÄCHEN
|
ABB. 15 BENETZUNG VON OBERFLÄCHEN
Zusammenhang
zwischen der Benetzbarkeit
von
Oberflächen und
dem Kontaktwinkel
θ der Flüssigkeit;
(kaum benetzende
(links)
sowie gut benetzende
Flüssigkeit
(rechts).
Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171 www.chiuz.de © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
| 167

|
ABB. 16 SILICONE – VERNETZUNGSMÖGLICHKEITEN
|
ABB. 17 SCHEMATISCHER AUFBAU EINES SILICONHARZES
(gelb: Si, blau:
O, orange:
organischer Rest
R) sowie der Anwendung
als
Fassadenschutz.
einheiten und damit der Verknüpfungsgrad ist chemisch in
weiten Grenzen möglich. Die Kombination von M- und D-
Einheiten führt zu linearen Polyorganosiloxanen (Siliconöle
und -kautschuke), während nur difunktionelle Einheiten
cyclische oder offenkettige Verbindungen liefern. Die Ver-
wendung von T- und ggf.
auch Q-Einheiten führt zu
verzweigten Polyorganosiloxanen
(z.B. Siliconharze)
(Abbildung 16). In den technischen
Siliconprodukten
ist R häufig ein Methyl- oder
Phenylrest. Unter den normalen
Hydrolyse- und Kondensationsbedingungenreagieren
die organischen
Gruppen nicht und erlauben
somit keine weitere
Vernetzung. Werden hingegen
spezielle Peroxide (z.B.
Dibenzoylperoxid) zugesetzt,
können auch die organischen
Reste in einer radikalischen
Reaktion miteinander
verknüpft werden.
Das Besondere an Siliconen
ist die Tatsache, dass
sie als echte Hybridmaterialien
(organische und anorganische
Baueinheiten auf
molekularer Ebene miteinander
verknüpft) die Eigenschaften
ihrer organischen
und anorganischen Struktureinheiten
in sich vereinigen
bzw. zu neuen kombinieren.
Je nach Verknüpfungsgrad und Art der Reste R ändern
sich ihre Eigenschaften und erlauben es, sie in vielfältigster
Weise einzusetzen. Sie zeichnen sich durch Wärme-,
Luft- und Wasserstabilität aus. Sie wirken als oberflächenaktive
Substanzen hydrophobierend und stellen, je nach
Struktur, Entschäumer oder Schaumstabilisatoren dar. Sie
sind elektrisch nicht leitend, schwer entflammbar und weisen
eine hohe Gas- und Dampfdurchlässigkeit auf [8]. In
Bezug auf Oberflächenbeschichtungen können sie z.B. im
Textil- (Beschichtung von Segeln, Zelten, Fall- und Gleitschirmen
oder Rettungswesten mit Siliconkautschuken)
oder Fassadenbereich zum Einsatz kommen – Siliconharzfarben
wirken wasserabweisend, erlauben aber gleichzeitig
den notwendigen Gasaustausch von CO2 und H2O zwischen
Fassade und Umgebung (Abbildung 17).
Der Lotus-Effekt
Neben der Hydrophobie oder Hydrophilie eines Materials,
kann auch die Rauhigkeit der Oberfläche den Benetzungsgrad
stark beeinflussen. So wird die Benetzbarkeit einer hydrophilen
Oberfläche durch eine Aufrauhung deutlich verbessert
(z.B. glattes Schreibpapier im Vergleich zu rauhem
Filterpapier). Die durch die Rauhigkeit vergrößerte hydrophile
Oberfläche erhöht die Kontaktfläche zwischen Wasser
und Feststoff, was zu einer stärkeren Adhäsion und da-
168 | © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chiuz.de Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171

Abb. 18 Wassertropfen auf dem Blatt einer Lotusblume.
mit Benetzung führt. Liegt hingegen eine hydrophobe Oberfläche
mit einer besonderen Mikrorauhigkeit vor, wird Luft
zwischen der mikrostrukturierten Oberfläche und dem Wassertropfen
eingeschlossen, was dazu führt, dass die Kontaktfläche
Wasser/Festkörper noch kleiner wird als im Fall
einer glatten Oberfläche. Diesen Effekt nennt man Superhydrophobie.
Hier sind Kontaktwinkel von bis zu 170 o möglich
(Abbildung 19).
Diese besondere Kombination von Hydrophobie und
Mikrostrukturierung führt dazu, dass die Oberfläche nicht
nur wasser-, sondern auch schmutzabweisend ist. Der Botaniker
Wilhelm Barthlott (Universität Bonn) war der erste,
der diesen bemerkenswerten Zusammenhang zwischen
Chemie, Mikrostruktur, Benetzbarkeit und Verschmutzbarkeit
Mitte der 1970er Jahre entdeckte und ihn als Lotus-Effekt
bezeichnete [9,10]. Die heilige Lotusblume gilt in den
asiatischen Religionen als Symbol der Reinheit. Ihre Blätter
zeichnen sich dadurch aus, dass sich keine Schmutzpartikel
oder Wassertropfen auf ihnen ablagern können und sie immer
eine saubere Oberfläche aufweisen. Ursache hierfür
ist eine Besonderheit der auf der Oberhaut (Epidermis) liegenden,
nichtzellulären Schutzschicht (Cuticula). Die Cuticula
besteht aus einem Polymergerüst, in das ein Gemisch
von Wachsen eingelagert ist. Die Wachse imprägnieren die
Oberfläche und sorgen für die Hydrophobie. Zusätzlich
können diese Wachse durch Selbstorganisation dreidimensionale
Strukturen in der Größenordnung von 5-20 µm
Höhe bilden, die eine weitgehende kristalline Struktur aufweisen
[11]. Der Abstand zwischen diesen „Noppen“ beträgt
etwa 5-50 µm [10]. Neben der Lotusblume findet man
solche wasser- und schmutzabweisenden Oberflächen auch
bei Blättern von Kohl, Schilf, Kapuzinerkresse, Akelei und
Tulpe sowie bei großen Flügeln von Insekten (Schmetterlinge
und Libellen). Zusätzlich zur Hydrophobie, die zu
großen Kontaktwinkel und damit zur Kugelform von Wassertropfen
führt (Abbildung 18), bewirkt die Mikrostruktu-
ABB. 19
LIEBIGS ERBEN
rierung einen besonderenSelbstreinigungseffekt.
Ein Wassertropfen
auf einer geneigten, glatten,
hydrophoben Oberfläche
gleitet hinunter
und reißt einige Schmutzpartikel
mit, die sich auf
seiner Gleitbahn befinden.
Im Gegensatz dazu
rollt der Tropfen im Fall
einer superhydrophoben
Oberfläche scheinbar reibungslos
über das Blatt
ab. Dieses Rollen bewirkt,
das die gesamte TropfenoberflächeSchmutzpartikel
aufnehmen kann und
somit die Blattoberfläche
ABB. 20
|
deutlich besser von
Schmutzpartikeln befreit
(Abbildung 20).
Da der Lotus-Effekt ausschließlich auf einer physikalischchemischen
Grundlage beruht und nicht an ein lebendes
System gebunden ist, kann man eine selbstreinigende Oberfläche
auch technisch herstellen. So verfolgt beispielsweise
die BASF den Ansatz, durch geschickte Kombination von
entsprechend kleinen Partikeln (auf der Basis von z.B. SiO2
und Al2O3) mit stark hydrophoben Polymeren, wie beispielsweise
Polypropylen, Polyethylen oder technische
Wachse, superhydrophobe Materialien und Beschichtungen
zu realisieren. Ein Resultat dieser Entwicklungen ist ein Aerosol
mit Lotus-Effekt. Dieses „Lotus-Spray“ lässt sich sehr
leicht applizieren. Die Mikrostruktur der Schicht bildet sich
durch einen Selbstorganisationsprozess während des Trocknens
[12]. Abschließend sollte aber nicht verschwiegen
| OBERFLÄCHEN
Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171 www.chiuz.de © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
|
Zusammenhang
zwischen Rauhigkeit
und Benetzbarkeit
bei
hydrophilen und
hydrophoben
Oberflächen.
Reinigungseffekt
bei einer hydrophoben
und superhydrophoben
Oberfläche.
| 169

Abb. 21 Kratzfester Autolack. [Foto: BASF]
EXPERIMENTE
|
werden, dass es im Zusammenhang mit den im Labor hergestellten
superhydrophoben Materialien noch eine Reihe
an ungelösten Problemen gibt (z.B. fehlende hohe optische
Transparenz und geringer Glanz, geringe mechanische Stabilität,
schlechte Entfernung von öl- und fetthaltigem
Bei den durchgeführten Experimenten handelt es
sich in der Regel um klassische Demonstrationsversuche,
die prinzipiell in der Literatur beschrieben
werden, hier aber ggf. in leicht abgewandelter
Form aufgeführt sind.
Silberspiegel
Einen Teil der Silbernitratlösung (2 Spatel in
150 ml dest. Wasser) gibt man in ein Becherglas.
Mit einer Pasteurpipette tropft man so lange vorsichtig
konz. Ammoniak zu, bis der gebildete Niederschlag
sich wieder auflöst. Anschließend wird
Silbernitratlösung zugetropft, bis ein hellbrauner
Niederschlag entsteht. Diese Lösung wird in das zu
versilbernde Gefäß gegeben, dazu gibt man nun
etwas Kaliumnatriumtartratlösung (gesättigt)
und erhitzt vorsichtig. Nach einiger Zeit scheidet
sich das Silber an der Gefäßwand ab.
Stromlose Abscheidung von Silber auf Kupfer
In ein Becherglas gibt man 15 ml der Silbernitratlösung
(5 Gewichtsprozent) und tropft vorsichtig
soviel verd. Ammoniaklösung zu, bis sich der anfänglich
gebildete Niederschlag von Silberhydroxid
gerade wieder auflöst. Dann gibt man 15 ml
Natriumcitratlösung (10 Gewichtsprozent) zu.
Anschließend taucht man einen sauberen Kupferblechstreifen
in die Mischung. Nach ca. 5 Minuten
wird das Blech aus der Lösung genommen, mit
Wasser abgespült und mit einem weichen Tuch ge-
trocknet. Auf dem Kupferblech hat sich nun eine
helle Silberschicht abgeschieden.
Elektrolytische Abscheidung von Kupfer
auf Platin
Ein Becherglas wird zu drei Viertel mit Kupferacetatlösung
(0.5 mol/L) gefüllt. Anschließend werden
die Platinbleche an dem Stativ befestigt und in
die Kupferacetatlösung gehängt. Die beiden Bleche
werden mit einer Gleichstromspannungsquelle verbunden.
Bei 4 V wird ca. 3 Minuten elektrolysiert.
Auf dem Platinblech hat sich nun eine rotbraune
Kupferschicht abgeschieden.
Eloxieren von Aluminium
1. Vorbehandlung des Aluminiumblechs
Die Beize (15%ige NaOH) wird unter dem Abzug in
ein Becherglas gegeben und mit einem Heizrührer
auf 50-60°C erhitzt. Wenn diese Temperatur erreicht
ist, wird das Becherglas vom Heizrührer genommen.
Nun gibt man das Aluminiumblech mit
der Tiegelzange für ca. 1 Minute in die heiße Beize
(ACHTUNG! HEFTIGE REAKTION) und spült es
anschließend gründlich mit Wasser ab. Im nächsten
Schritt wird der Aluminiumblechstreifen für
ca. 30 Sekunden in die im Becherglas befindliche
Dekapierlösung (20%ige HNO3) getaucht, die die
Al-Oberfläche von alkalischen Resten befreit und
Passiv- bzw. Oxidschichten entfernt . Nach dem
Herausnehmen wird der Aluminiumstreifen
Schmutz), die für die Zukunft noch umfangreiche Anstrengungen
im Bereich der anwendungsorientierten Grundlagenforschung
erfordern.
Kratzfester Autolack
Zum Abschluss soll noch ein Thema kurz angesprochen
werden, das zur Zeit weltweit intensiv in der Forschung
bearbeitet wird: Die Nano-Technologie. Das Wort Nano leitet
sich vom griechischen Wort nanos = Zwerg ab und wird
als Vorsilbe zur Kennzeichnung des milliardsten Teils einer
Maßeinheit verwendet. So bedeutet ein 1 nm großes Teilchen,
dass es sich hier um ein Nanopartikel handelt, das
10 –9 m groß ist. Gelingt es, Materialien in dieser kleinen
Größeneinheit herzustellen, betritt man ein völlig neues
Gebiet der Forschung und Anwendung. Die Auswirkungen,
die sich aus der Anwendung der Nanotechnologie für unsere
Gesellschaft zukünftig ergeben werden, sind vielleicht
vergleichbar mit denen, die die Entdeckung und Einführung
von polymeren Kunststoffen Mitte des letzten Jahrhunderts
verursacht haben. Nanomaterialien zeichnen sich dadurch
aus, das sie in der Regel völlig neue physikalische und chemische
Eigenschaften besitzen, die über ihre Größe kontrolliert
und gezielt verändert werden können [13]. Im Zusammenhang
mit Beschichtung und Veredelung von Oberflächen
spielt z.B. die Härte von Nanopartikeln eine be-
nochmals gründlich mit Wasser gespült, um Reste
der Salpetersäure abzuwaschen.
2. Eloxieren des Aluminiumblechs
Die Elektrolytlösung (200g/L H2SO4, 25g/L Aluminiumsulfat
krist.) wird unter dem Abzug in ein
Becherglas gefüllt, welches anschließend in eine
Schüssel mit Eis gestellt wird. Die beiden Aluminiumblechstreifen
werden gegenüberliegend in den
Elektrolyten gestellt, wobei sie sich nicht berühren
dürfen. Anschließend werden die Blechstreifen mit
den Kabeln an die Spannungsquelle angeschlossen.
Nun wird für ca. 30 Minuten bei 12 Volt elektrolysiert.
Nach Beendigung der Elektrolyse wird
das an der Anode befindliche Aluminiumblech aus
der Elektrolytlösung entfernt und gründlich mit
Wasser gespült.
3. Adsorptives Anfärben der Eloxalschicht
Die Farblösung (Farbstoffe (Fa. Clariant):
Sanodal ® Blau G-Lösung (0,5g/l) oder Aluminium
Rot RLW-Lösung (2g/l)) wird in ein Becherglas gegeben
und vorsichtig auf einem Dreifuß von unten
mit einem Bunsenbrenner erhitzt. Um Siedeverzüge
zu vermeiden, stellt man einen Glasstab in das
Becherglas. Anschließend wird die Farblösung auf
50-60°C erhitzt. In die heiße Farblösung stellt man
für ca. 5 Minuten den eloxierten Aluminiumblechstreifen.
Nach dem Färben wird dieser gründlich
mit Wasser gespült.
170 | © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chiuz.de Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171

sondere Rolle. So zeigen wenige Nanometer große Metallpartikel
eine deutliche größere Härte als entsprechende
Teilchen im Größenbereich von einigen Mikrometern. Diese
besondere Eigenschaft wird zur Zeit ausgenutzt, um Autolacke
zu entwickeln und herzustellen, die nicht nur in
der Lage sind, den bereits bekannten Umwelteinflüssen wie
z.B. Sonnenschein, Vogeldreck, Streusalz, Rollsplitt und saurem
Regen standzuhalten, sondern zusätzlich kratzfest zu
sein (Abbildung 21). So gelang es beispielsweise dem Institut
für Neue Materialien GmbH in Saarbrücken, einen
wenige µm dicken transparenten Decklack auf eine Autokarosserie
aufzubringen, der elliptische 15 nm große Aluminiumoxid-Nanopartikel
enthält. Diese Teilchen bilden
einen unsichtbaren Schuppenpanzer, der kratzende Spitzen
ohne Spuren abgleiten lässt. Die Beschichtung erreicht bzw.
übertrifft in genormten Kratztests die Werte von mineralischem
Glas. Sie überstand unter anderem ohne Schaden eine
Serie von 200 Waschstraßentests [14]. Dass es sich beim
kratzfesten Autolack nicht nur um Zukunftsmusik handelt,
zeigt die Firma DaimlerChrysler in Stuttgart. Sie gab Ende
letzten Jahres bekannt, dass zukünftig alle (ab Mitte 2004)
Automodelle mit einem Nano-Lack beschichtet werden. Dieser
Lack zeichnet sich dadurch aus, dass er eine um das dreifache
verbesserte Kratzbeständigkeit und einem um 40%
höheren Glanz aufweist als herkömmliche Klarlacke [15].
Zusammenfassung
Im Rahmen einer anorganisch-chemischen Experimentalvorlesung
werden verschiedene Verfahren vorgestellt, um besondere
Oberflächeneigenschaften, wie Reflektivität, Korrosionsbeständigkeit,
Selbstreinigung oder Kratzfestigkeit, gezielt
auf chemischem Weg zu erhalten. Ausgehend von den
Arbeiten Justus von Liebigs wird dabei eine Brücke zu den
heutigen Hochleistungsmaterialien geschlagen.
Summary
An experimental inorganic chemistry lecture introduces various
techniques for generating certain surface properties, such
as reflectivity, self-cleaning, or resistance against corrosion
and scratches. Starting with the works of 19th century
chemist Justus von Liebig, the lecture spans a bridge to modern
high performance materials.
Dank
Die Autoren bedanken sich herzlich bei Dr. Andreas Heilmann
(Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM,
Halle) für die Überlassung der rasterelektronenmikroskopischen
Aufnahmen von porösen Aluminiumoxidschichten
sowie bei Dr. Andreas Ritzenhoff (Fa. Seidel GmbH + Co,
Marburg) für Fotos im Zusammenhang mit dem Eloxal-Verfahren.
Literatur
[1] H. Gebelein in: Justus Liebig (1803 – 1873): Seine Zeit und unsere
Zeit, Chemie – Landwirtschaft – Ernährung Hrsg.: Justus-Liebig-
Universität Giessen, 2003, S. 120 – 122.
LIEBIGS ERBEN
| OBERFLÄCHEN
[2] Römpp Chemie Lexikon, 9. erw. u. neubearb. Aufl. (Hrsg.: J. Falbe und M. Regitz), Thieme,
Stuttgart, 1991.
[3] Holleman-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101. Aufl., W. de Gruyter, Berlin,
1995, S. 1065-1066.
[4] D. Hönicke und E. Dietzsch in: Handbook of Porous Solids, Vol. 3, 1. Aufl. (Hrsg.: F. Schüth,
K.S.W. Sing, J. Weitkamp), Wiley-VCH, Weinheim, 2002, S. 1395-1431.
[5] K. Nielsch, Dissertation, Universität Halle-Wittenberg, 2002.
[6] H. Masuda und F. Fukuda, Science 1995, 268, 1466.
[7] s. Lehrbücher der Physik, z.B. D. Meschede, Gerthsen Physik, 21. Aufl., Springer, Berlin, 2002,
102-104.
[8] K.H. Büchel, H.-H. Moretto, P. Woditsch, Industrielle Anorganische Chemie, 3. Aufl., Wiley-
VCH, Weinheim, 1999, 313-333.
[9] W. Barthlott und C. Neinhuis, Planta 1997, 202, 1.
[10] W. Barthlott und C. Neinhuis in: Wenn Monster munter werden – Einfache Experimente aus
der Biologie, 1. Aufl. (Hrsg.: M. Keil und B.P. Kremer), Wiley-VCH, Weinheim, 2004, 167-182.
[11] W. Barthlott in: Scanning Electron Microscopy in Taxonomy and Functional Morphology,
(Hrsg.: D. Claugher), Vol. 41, Clarendon Press, Oxford, 1990, 69-94.
[12] H. Keller, Presseinformation der BASF, Nanostrukturen mit Lotuseffekt: Bausteine für
superhydrophobe Beschichtungen, 28./29.10.2002; www.basf.de/basf/img/corporate/
innovationen/d/ praesentiert/t_021206_keller.pdf?id=CjmT.4ZMkbsf196
[13] Nanoscale Materials in Chemistry, 1. Aufl., (Hrsg.: K.J. Klabunde), J. Wiley & Sons, Weinheim,
2001.
[14] WWW-Information des Instituts für Neue Materialen GmbH (INM) in Saarbrücken;
www.inm-gmbh.de/htdocs/home/frame_de.htm
[15] WWW-Information der DaimlerChrysler AG Stuttgart; www.innovations-report.de/html/
berichte/materialwissenschaften/bericht-23942.html
Die Autoren
von links:
M. Fröba,
W. Scheld,
C. Gath,
F. Hoffmann
Prof. Dr. Michael Fröba, 1962 in Lübeck geboren, studierte Chemie in Würzburg und Hamburg und promovierte
1993 bei Prof. Wolfgang Metz am Institut für Physikalische Chemie der Universität Hamburg.
Nach einem Aufenthalt am Lawrence Livermore National Laboratorium (CA, USA) 1994-1996 habilitierte
er sich 2000 an der Universität Hamburg in Anorganischer Chemie. Nach einem kurzen Aufenthalt (2000-
2001) als C3-Professor an der Universität Erlangen-Nürnberg ist er seit 2001 C4-Professor für Anorganische
Chemie an der Universität Gießen und Direktor des Instituts für Anorganische und Analytische Chemie.
Seine fachlichen Interessen liegen auf dem Gebiet der porösen Materialien mit besonderem Schwerpunkt
auf der templatgesteuerten Synthese und Charakterisierung mesoporöser Verbindungen in unterschiedlichen
Morphologien sowie dem Aufbau von Nanostrukturen innerhalb poröser Matrices.
Wilfried Scheld, Jahrgang 1947, arbeitete als Chemielaborant von 1965-1970 in der Industrie (Bereich
Lackforschung, Materialprüfung, Industrieanalytik). 1970-1991 war er technischer Assistent in der Arbeitsgruppe
von Prof. R. Hoppe (Präparation anorganischer Festkörperverbindungen) an der Universität
Gießen. Seit 1991 ist er Leiter des Großen Chemischen Hörsaals in Gießen und verantwortlicher Vorlesungsassistent.
Carina Gath, geboren 1983, absolvierte von 1999-2002 ihre Ausbildung zur Chemielaborantin am Institut
für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Gießen. Nach einem kurzen Aufenthalt in der Industrie
(Schwerpunkt Galvanik) kehrte sie im März 2003 an das Institut zurück und ist zur Zeit in der Arbeitsgruppe
von Prof. Fröba tätig.
Dr. Frank Hoffmann, 1969 in Hamburg geboren, studierte Chemie an der Universität Hamburg und promovierte
2002 bei Prof. Heinrich Hühnerfuss am Institut für Organische Chemie. Seit September 2002
ist er als Post-doc in der Arbeitsgruppe von Prof. Fröba in Gießen tätig. Seine fachlichen Interessen liegen
auf dem Gebiet des „Molecular Modelling“ mit dem Schwerpunkt auf dem Hydrolyse- und Kondensationsverhaltens
silicatischer und organosilicatischer Ionen unter den Bedingungen templatgesteuerter Synthesen
mesoporöser Materialien.
Korrespondenzadresse:
Prof. Dr. Michael Fröba, Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Justus-Liebig-Universität
Gießen, Heinrich-Buff-Ring 58, 35392 Gießen; E-Mail: michael.froeba@anorg.chemie.uni-giessen.de
http://www.chemie.uni-giessen.de/home/froeba
Chem. Unserer Zeit, 2004, 38, 162 – 171 www.chiuz.de © 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
| 171