Thomas Dalton
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Wenn Sauberkeit neben Gottseligkeit steht, dann ist dies ein göttlicher Tropfen.
Forscher der Technischen Universität Wien gaben gestern (23. August) bekannt, dass sie den saubersten Wassertropfen der Welt geschaffen haben.
Dieses hochreine Wasser könnte erklären, wie selbstreinigende Oberflächen, wie sie beispielsweise mit Titandioxid (TiO2) beschichtet sind, bei Kontakt mit Luft und Wasser mit einer mysteriösen Molekülschicht bedeckt werden.
"Wir hatten vier Labore [auf der ganzen Welt], die dies und vier verschiedene Erklärungen dafür untersuchten", sagte die Co-Autorin der Studie, Ulrike Diebold, Chemikerin an der Technischen Universität Wien. [Die mysteriöse Physik von 7 alltäglichen Dingen]
Im Licht des Tages
Wenn TiO2-Oberflächen ultraviolettem Licht ausgesetzt werden, reagieren sie auf eine Weise, die alle organischen Verbindungen auf ihnen "auffrisst", sagte Diebold. Dies gibt diesen Oberflächen eine Reihe nützlicher Eigenschaften; Beispielsweise weist ein TiO2-beschichteter Spiegel selbst in einem dampfenden Badezimmer Wasserdampf ab.
Aber lassen Sie sie zu lange in einem dunklen Raum, sagte Diebold, und der mysteriöse Schmutz bildet sich.
Die meisten der vorgeschlagenen Erklärungen hierfür beinhalten eine chemische Reaktion mit Umgebungswasserdampf. Aber Diebold und ihre Kollegen haben das ultrareine Wassertropfen auf die Oberfläche aufgetragen und gezeigt, dass Wasser allein den Film nicht erscheinen lässt.
Es war jedoch eine Herausforderung, diesen superreinen Tropfen zu schaffen. Wie bereits berichtet, wird Wasser sehr leicht mit Spurenverunreinigungen verunreinigt, und es gibt kein vollkommen reines Wasser.
Um so nah wie möglich an die Reinheit heranzukommen, musste ihr Team ein spezielles Gerät entwickeln, das das Wasser an seine Grenzen brachte.
In einer Kammer des Geräts befand sich ein Vakuum, an dessen Decke ein "Finger" hing, der auf minus 140 Grad Celsius gekühlt war. Die Forscher gaben dann eine dünne, gereinigte Wasserdampfprobe aus einer angrenzenden Kammer in das Vakuum ab, so dass das Wasser an der Spitze dieses Fingers einen Eiszapfen bildete. Die Forscher ließen den Eiszapfen dann aufwärmen und schmelzen, so dass er auf ein Stück TiO2 darunter tropfte, bevor er schnell in die Ultra-Niederdruckkammer verdampfte. Danach zeigte das TiO2 keine Anzeichen des molekularen Films, von dem einige Forscher vermuteten, dass er aus Wasser stammte, berichteten die Forscher heute (23. August) in der Zeitschrift Science.
"Der Schlüssel ist, dass weder das Wasser noch das Titandioxid jemals zuvor Luft ausgesetzt waren", sagte Diebold.
Follow-up-Scans von TiO2 mit Mikroskopen und Spektroskopen zeigten, dass der Film überhaupt nicht aus Wasser oder wasserbezogenen Verbindungen bestand. Stattdessen tauchten Essigsäure (die dem Essig seinen sauren Geschmack verleiht) und Ameisensäure, eine ähnliche Verbindung, auf der Oberfläche auf. Beide sind Nebenprodukte des Pflanzenwachstums und kommen nur in geringen Mengen in der Luft vor - aber anscheinend schwimmt genug von diesem Material herum, um eine selbstreinigende Oberfläche zu verschmutzen.
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