Erfolg: MOFs als Schicht aufbringen
Zusammen mit seinen Kollegen hat der Forscher eine große Anzahl von MOFs untersucht und diejenigen identifiziert, die besonders stabil gegenüber Wasserdampf sind. Statt bisher 0,4 können diese bis zu 1,4 Gramm Wasser pro Gramm Material aufnehmen. Bisher liegen MOFs zumeist nur als Pulver vor und können daher nur schwer in die relevanten Gerätestrukturen, wie zum Beispiel Wärmetauscher, eingebracht werden. Stand der Technik sind hierbei Schüttungen von Granulaten. Das hat jedoch den Nachteil, dass zwischen Adsorptionsmaterial und Bauteil nur punktuell Kontakt besteht. Der Stoff- bzw. Wärmeübertrag ist limitiert. Besser ist es, die MOFs als Schicht aufzubringen, um eine möglichst große Oberfläche zu erreichen.
Das haben die Forscher geschafft. Ihre Schichten können sie direkt aufbringen, ohne dass weitere Hilfsschichten dazwischen nötig sind. Und sie erreichen die für das Kühlen und Heizen relevanten Dicken von 50 bis 150 Mikrometer. Bei ihren Prototypen werden die MOFs direkt auf Metalle aufkristallisiert. Bei anderen Materialien, wie zum Beispiel Keramik, gelang dies den Wissenschaftlern mit binderbasierten Beschichtungen. Bei beiden Verfahren werden die Komponenten des Geräts einfach in eine Flüssigkeit eingetaucht, die alle entscheidenden Bestandteile des Materials enthält. Die für die Direktkristallisation notwendige Temperatur entsteht dabei nur an der Oberfläche des Bauteils. So wird nur ein minimaler Ausschuss produziert. „Die MOF-Schicht wächst dabei direkt auf dem Bauteil mit einer Rate von bis zu 50 Mikrometer pro Stunde. Das ist deutlich schneller als bisher“, so Henninger. Bisher haben die Forscher Bauteile von bis zu 15×40 Zentimetern mit dem neuen Verfahren beschichtet.
Viele Anwendungen denkbar
Die Technologie ist nicht auf Kühl- und Heizgeräte beschränkt. „Durch die enorme Flexibilität der MOFs und unseres Herstellungsverfahrens ist eine Vielzahl von Anwendungen denkbar. Wir können die gewünschte Struktur rasch auf nahezu jedes beliebige Bauteil aufbringen. Im Prinzip für jeden Vorgang, bei dem Stoff- oder Wärmeübertragung eine Rolle spielen, könnte unsere Technologie von Vorteil sein“, sagt Henninger. Zum Beispiel in der chemischen Industrie, wo Gase getrennt werden und dabei Wärme entsteht oder benötigt wird. Oder in der Medizintechnik, wo entsprechend beschichtetes OP-Besteck die Keimbelastung reduziert. Auch im Alltag kann die Technologie von Nutzen sein: Indem sie die hässlichen Wasserflecken auf Plastiktellern, -tassen, etc. in unseren Geschirrspülmaschinen beseitigt.
Folgt: MOF-Forschung als eigenes Fraunhofer-Projekt