#01H - BIOMIMETIKA - szuperhidrofób felületek kialakítása mikromegmunkálással - HONLAP Témavezető: dr. FÜRJES Péter, Tel.:392-2222-3887, Épület:29/B, Szoba:5, E-mail:furjes@mfa.kfki.hu,furjes.peter@ttk.mta.hu, GEarth:(KFKI_29B)

A biomimikri avagy biomimetika (a görög bios = élet és mimézis = utánzás szóból) olyan új tudományág, amely a biológiát és a mérnöki tudományt hivatott egyesíteni. Fő célja, hogy az élőlények felépítését és mechanizmusait mesterséges anyagokban gyakorlati szinten megvalósítsák, gépekben mintegy lemásolva az evolúció által évmilliók alatt tökéletesített természetes szervezeteket.

Az egyik ilyen jelenség, amellyel a kutatók behatóbban foglalkoznak: az ún. lótusz-effektus. A lótusz-effektus oka egy különleges felületi struktúra, amelynél olyan kicsi az adhéziós erő, hogy már igen kicsi felületi feszültségű folyadéknál is elhanyagolható a folyadék belső kohéziós ereje mellett, és nem jön létre a nedvesítés. A lótusznövény bőrszövetén (felületi rétegén) kb. 5-10 mikrométer magas és egymástól 10-15 mikrométer távolságban lévő apró dudorok találhatók, amelyek egyredős védőréteget alkotnak. A növény felületi struktúrája miatt lesz a víz nedvesítési peremszöge igen nagy, ami elérheti akár a 160 fokot is (szuperhidrofób). Minthogy a vízcsepp és a levél közötti adhéziós erők nagyon kicsik, a víz könnyen lepereghet. A lótusz-effektus felléptének a feltétele a mikro- és nanostruktúrált (5-20 mm magas dudorok 5-50 mm távolságra), azaz a szuperhidrofób felület léte. Ilyen mikrostrukturált felületek kialakítása mesterségesen is lehetséges, és a mikromechanikai technológiák segítségével szilícium alapanyagon is megvalósítható.

1. ábra. A lótusz növény levelének szuperhidrofób felülete.

A MEMS (Micro-ElecroMechanical System) rendszerek és gyártási technológiájuk fejlődésével egyre bonyolultabb és sokoldalúbb szerkezetek jelennek meg, amelyek közül kiemelt jelentőségűek a kémiai és mechanikai érzékelők, a mikro- és nanofluidikai rendszerek, illetve ezek biológiai, biomedikai alkalmazásai. Az anyagválasztékot és a különböző szintű strukturáltságot tekintve is forradalmi változások tanúi lehetünk napjainkban, hiszen a konvencionális szilícium szerkezetek mellett egyre nagyobb teret hódítanak a heterogén, összetett anyagrendszerek, amelyek egyszerre kombinálják a MEMS technológia megszokott strukturális anyagait és az olcsó, de sokrétűen alkalmazható polimereket. Az egyre bonyolultabb funkciókat ellátó szerkezetek előállítása során óriási kihívást jelent a mikroszkopikus szintű, tömbi kiterjedésű struktúrák szabályozott módon történő létrehozása, amely kiegészül a nanométeres szintű strukturáltság kérdésével. A komplex 3D - gyakorta egykristályos szilícium - szerkezetek előállításának legelterjedtebb módszerei a nedves és száraz kémiai marások (pl. DRIE, Deep Reactive Ion Etching), amelyek a tömbiszilícium mikromechanika alapjait jelentik. Hasonlóan fontosak a már kész szerkezet tulajdonságait módosítani képes módszerek, pl. az EWOD (ElectroWetting on Dielectric, azaz Hidrofób felületek nedvesítési tulajdonságainak módosítása elektromos tér alkalmazásával). Ezek a technológiák rohamosanfejlődnek, és folyamatosan alkalmazkodnak a mikrorendszerek tervezési igényeihez.

2. ábra. Az MFA MEMS Laboratóriumában szilícium 3D megmunkálásával kialakított felületi morfológia, amely a szuperhidrofób viselkedést biztosítja.

Ilyen mikro-méretű, komplex rendszerekkel és egyedülálló előállítási technológiájukkal találkozhat a precíz kísérleti munkára vállalkozó diák az MFA MEMS Laboratóriumában, ahol kb. 500 m²-es klimatizált tisztatér található a hozzá tartózó mikrotechnológiai berendezésekkel és lehetőségekkel.