Passive Scheibenheizung

Skifahrerinnen, Brillen­träger, Fotografinnen und Autofahrer kennen es: Kommt man aus der Kälte an einen Ort, an dem es feucht ist, kann die Brille, das Foto-Objektiv oder die Windschutz­scheibe beschlagen. Forscher der ETH Zürich haben nun eine neue, durch­sichtige Material­beschichtung entwickelt, welche das Beschlagen sehr stark reduziert. Es handelt sich um eine nur wenige Nanometer dünne dauerhafte Beschichtung aus Gold-Nanopartikeln, welche in Titanoxid, ein nicht­leitendes Material, eingebettet sind.

„Diese Beschichtung absorbiert den Infrarot­anteil sowie einen geringen Teil des sichtbaren Sonnen­lichts und wandelt beides in Wärme um“, erklärt Christopher Walker, Doktorand in der Gruppe von Dimos Poulikakos. Dadurch heizt sich die Oberfläche um bis zu drei oder vier Grad Celsius auf. Dieser Temperaturu­nterschied verhindert das Beschlagen. Auch in Autos kommt man beschlagenen Scheiben mit Wärme bei. Man heizt die Windschutz­scheibe mit der Fahrzeug­heizung und die Heckscheibe mit darauf aufge­brachten Heizdrähten. Im Unterscheid dazu funktioniert die neue Beschich­tung passiv. Man braucht keine andere Energieq­uelle als die Sonne, weshalb sich die Beschichtung auch für tragbare Gegenstände wie Brillen gut eignet.

Das Spezielle an der neuen Oberfläche: „Normalerweise sind es dunkle Flächen, die Licht absorbieren und in Wärme umwandeln“, sagt Efstratios Mitridis, ebenfalls Doktorand in Poulikakos’ Gruppe. „Wir haben eine durchsichtige Fläche geschaffen, welche dies ebenfalls kann.“ Beim Beschlagen konden­sieren winzige Wassertröpfchen auf einer Oberfläche, wenn entweder die Temperatur abrupt fällt oder die Feuchtigkeit plötzlich zunimmt. Diese Tröpfchen brechen einfallendes Licht in unterschiedliche Richtungen, was die Trübung verursacht. Außer mit Wärme kann man das Beschlagen auch verhindern, wenn man die Oberfläche mit hydrophilen Verbindungen beschichtet. Diese sorgen dafür, dass das konden­sierende Wasser statt Tröpfchen einen gleichmässigen, dünnen Flüssig­keitsfilm bildet. Antifog-Sprays für Brillen nutzen in der Regel dieses Prinzip.

Tests haben nun gezeigt: Setzt man beschlagene Oberflächen Sonnenlicht aus, sind solche, die mit Gold-Nano­partikeln und Titanoxid beschichtet sind, viermal schneller vom Beschlag befreit, als solche, die mit herkömm­lichen Antifog-Substanzen beschichtet sind. „Mit Sprays passiert es auch häufig, dass der Antifog-Film trocknet oder seine Verteilung ungleich­mäßig wird, womit er seine Wirkung einbüsst“, sagt Walker. „Zudem ist eine dauerhafte Beschichtung wie unsere viel beständiger als die Behandlung mit einem Spray, welche man fast täglich erneuern muss.“

Die Wissenschaftler möchten nun die neue Methode zusammen mit einem Industrie­partner zur Marktreife bringen. „Unsere Ziele sind, die jetzt schon robuste Beschichtung weiter zu optimieren, so dass sie über Jahre beständig bleibt, sowie die Technologie vom Labormaßstab an einen industriellen Massstab anzupassen“, sagt Walker. Die Bandbreite an möglichen Anwendungen ist groß, darunter Autos­cheiben und Rückspiegel oder Ski- und Taucher­brillen.

ETHZ / JOL