Prof. Dr.-Ing. Bastian E. Rapp: Fluoropor
Fluoropor ist eine neue Klasse hochfluorierter Materialien, die es ermöglichen, den „Lotuseffekt 2.0“ umzusetzen. Oberflächen, die diesen Effekt aufweisen, sind weder durch Wasser noch durch Öle oder organische Lösungsmittel benetzbar und bieten daher vielfältige Anwendungsmöglichkeiten als Schutzbeschichtung oder für die Herstellung funktionaler Textilien.
Teflon® ist einer der bekanntesten Kunststoffe, der vor allem durch seine Anwendung als Beschichtungsmaterial in Pfannen populär geworden ist. Seine besondere Fähigkeit beruht auf einer stark wasserabweisenden Wirkung, einem Effekt den die Wissenschaft dem Lotusblatt aus der Natur nachempfunden hat. Dieser „Lotus-Effekt“ wird bei Teflon-Beschichtungen durch die Materialeigenschaften von sog. hochfluorierten Kunststoffen bzw. Polymeren erreicht und kann verstärkt werden, indem die Oberfläche dieser Materialien aufgeraut wird. Hierdurch perlen Wassertropfen von einer solchen Beschichtung vollständig ab. Da Fluorpolymere und damit auch Teflon® allerdings sehr weich sind, ist diese Beschichtung nicht kratzresistent. Der abweisende Effekt schwächt sich daher bei praktischen Anwendungen zu schnell ab.
Hier setzt das innovative „NanoMatFutur“-Projekt Fluoropor an. Im Projekt wird eine neue Generation fluorierter Werkstoffe entwickelt, die im Inneren porös und hochfluoriert sind. Dabei entsteht eine Art nanoskaliger fluorierter „Schweitzer Käse“. Diese als Fluoropor bezeichneten Polymere lassen sich direkt als Schutzbeschichtung auf einer Oberfläche erzeugen. Das Projekt wird die Grundlagen der Technologie zur Herstellung und Verarbeitung dieser Polymere entwickeln und die Polymere in technische Anwendungen bringen. Dabei sollen neben technischen Trägermaterialien wie Textilien, Gläsern und Metall auch Alltagsgegenstände beschichtet werden, um zu untersuchen, inwiefern Fluoropor sich für die Herstellung universeller Schutzbeschichtungen im täglichen Gebrauch eignet. Das Projekt wird darüber hinaus den Einsatz von Fluoropor in industrieller Umgebung untersuchen, wobei vor allem gezielt mit Wasser oder Lösungsmitteln benetzende Oberflächen und Schutzbeschichtungen im Vordergrund stehen.
Es lassen sich verschiedene Anwendungen für solche Oberflächen finden:
- Windschutzscheiben in Autos, an denen kein Wasser kondensiert und die im Winter nicht einfrieren;
- Autolack, an dem kein Schmutz haftet;
- Schuhe, die man nach dem Spaziergang im Wald nicht mehr von Dreck befreien muss;
- Fassadenbeschichtungen, auf die keine Graffitis aufgesprayt werden können.
Fluoropor bietet vielfältige Vorteile im Vergleich zu klassischen Fluorpolymeren und wird die Materialpalette der Hochleistungspolymere um eine Vielzahl interessanter Anwendungen bereichern. Die Arbeiten am Projekt Fluoropor haben jetzt zu neuartigen Verfahren wie dem 3D-Druck und dem Spritzguss von Glas geführt.
Nachwuchsgruppenleiter Dr. Bastian E. Rapp
Bastian E. Rapp studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe und promovierte dort im Jahr 2008 über die Entwicklung eines Biosensorsystems für die biomedizinische Diagnostik. Er leitet eine Nachwuchsgruppe am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Seit 2014 ist er Leiter der „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe Fluoropor, die sich mit der Herstellung superabweisender, hochfluorierter Materialien beschäftigt. 2017 habilitierte er sich am KIT zum Thema Mikrofluidik. Seine Forschung umfasst die Entwicklung von mikrofluidischen Analyse- und Fertigungssystemen für biomedizinische Anwendungen und die Biotechnologie. Ein Schwerpunkt seiner Arbeit ist die Synthese photopolymerisierbarer Materialien für die additive Fertigung im Mikrometermaßstab. Seine Arbeitsgruppe entwickelt darüber hinaus Fertigungssysteme zum Rapid Prototyping von Mikrostrukturen basierend auf maskenloser Projektionslithographie. Die Forschungsergebnisse der letzten Jahre führten 2018 zur erfolgreichen Ausgründung der Firma Glassomer GmbH, in der Herr Rapp als Gründungsgeschäftsführer und aktueller Chief Technical Officer (CTO) mitwirkt. Für seine Arbeiten wurde er, unter anderem, mit dem Edison Award der General Electric (GE) Foundation, dem REHAU-Preis, dem Südwestmetallförderpreis und dem GMM-Preis des VDE ausgezeichnet. Zum 01.10.2018 hat er einen Ruf auf den Lehrstuhl für Prozesstechnologie an der Universität Freiburg angenommen. Seine wissenschaftlichen Arbeiten wurden in den wichtigsten Fachzeitschriften veröffentlicht, unter anderem in Science, Nature, Nature Photonics, Nature Materials, Nature Communications und Advanced Materials. Zahlreiche öffentliche Medien wie die BBC, der Discovery Channel und die New York Times haben die Arbeiten von Herrn Rapp vorgestellt.