Le superfici dei materiali possono avere un'influenza enorme sulla loro funzione. Se le proprietà esterne vengono modificate, questo amplia anche la gamma delle possibili applicazioni. Questo è il motivo per cui gli scienziati dei materiali dell'Università Friedrich Schiller di Jena (Germania) stanno studiando come personalizzare le superfici di materiali diversi utilizzando la tecnologia laser. Si stanno concentrando principalmente su strutture superficiali periodiche indotte dal laser, noto anche come LIPSS. Questo metodo può essere utilizzato per creare strutture particolarmente piccole. Riferiscono un successo molto speciale in questo campo nella rivista di settore di fama internazionale Carbonio .

"Quando una superficie viene irradiata con un laser a femtosecondi, un laser con impulsi di luce molto brevi e intensi, si formano strutture caratteristiche nel punto in cui il raggio laser colpisce la superficie, " spiega il Dr. Stephan Gräf dell'Otto Schott Institute of Materials Research dell'Università di Jena. "Gli effetti di interferenza in questo punto focale creano il LIPSS." Queste strutture sono molto più piccole di quelle raggiunte usando la normale struttura laser perché un raggio laser non può essere focalizzato come piccolo a piacere La dimensione delle strutture dipende, tra gli altri parametri, sull'intensità del laser e sulla lunghezza d'onda del laser utilizzata. Sulla base di un'attenta regolazione dei parametri del raggio laser, le strutture possono essere realizzate in maniera quasi su misura. Grandi aree del modello periodico possono essere implementate scansionando l'intera superficie con il raggio laser.

Ora anche su superfici fortemente curve

In genere, il metodo funziona su molte classi di materiali differenti; però, fino ad ora poteva essere applicato solo su superfici piane. Gli scienziati di Jena sono ora riusciti a produrre strutture periodiche indotte dal laser su superfici fortemente curve. "Abbiamo realizzato LIPSS sulla superficie di fibre di carbonio sottili di circa dieci micrometri - il loro diametro è appena più grande delle strutture stesse, " dice Graf. "Inoltre, siamo riusciti a sovrapporre diverse tipologie di strutture e quindi a modellare gerarchicamente la superficie."

Questi risultati attuali forniranno possibilità completamente nuove nelle applicazioni pratiche. Ad esempio, le fibre di carbonio sono incorporate in altri materiali come i polimeri per la produzione di materiali compositi. Per migliorare la resistenza dei materiali compositi, loro hanno, fino ad ora, stato trattato con prodotti chimici, Per esempio. Grazie a LIPSS, la loro topografia superficiale può ora essere specificamente modificata in modo che possa avvenire l'ancoraggio tra il polimero e le fibre incorporate.

Materiali più durevoli

Inoltre, le strutture fungono da reticolo di diffrazione ottica. Consentono di modificare in modo specifico il comportamento di riflessione e assorbimento della luce sulle superfici. Lo stesso vale anche per la diffrazione della luce. Sulla base dei cosiddetti 'colori strutturali, " è possibile disegnare selettivamente le superfici a colori. Di conseguenza, le strutture superficiali periodiche indotte dal laser guadagnano un crescente interesse per le applicazioni ottiche.

E LIPSS influenza positivamente anche la durabilità dei materiali:"Modificando la topografia superficiale, il coefficiente di attrito può essere ridotto e quindi l'usura può essere prevenuta, ", afferma lo scienziato dei materiali Gräf dell'Università di Jena. "Ad esempio, impianti più durevoli potrebbero essere sviluppati in questo modo." Inoltre, le proprietà bagnanti dei materiali possono essere modificate in questo modo. Possono quindi essere progettati per essere più idrofobici o idrofili.