Nanodrähte stoßen plötzlich Wasser ab

Poröse Materialien nehmen wie Schwämme mehr Wasser auf, je feuchter die umgebende Luft ist. Genau das umgekehrte Verhalten entdeckten nun Wissenschaftler rein zufällig bei Versuchen mit magnetischen Nanodrähten. Erst absorbierte das Nanomaterial wie erwartet Wasser, doch stieß es dies bei steigender Luftfeuchtigkeit plötzlich ab. Diesen einzigartigen Effekt erläutern die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnologie“ und schlagen bereits einige Anwendungen vor – etwa für die Wassergewinnung in Trockengebieten oder für Funktionskleidung.

„Unser ungewöhnliches Material verhält sich erst wie ein Schwamm, der sich aber dann plötzlich wie von selbst auswringt“, sagt David Lao vom Pacific Northwest National Laboratory in Richland, USA. Mit seinen Kollegen entdeckte er dieses Verhalten rein zufällig, als er winzige magnetische Nanodrähte aus Kohlenstoff und Anteilen von Eisen herstellte. So wurden diese Drähte erst durch absorbiertes Wasser etwas schwerer und bei weiter zunehmender Luftfeuchte plötzlich leichter. Dieses Experiment wiederholten die Forscher mehrere Male und erkannten, dass bei einer Luftfeuchte zwischen fünfzig und achtzig Prozent etwa die Hälfte des zuvor aufgenommenen Wassers wieder abgestoßen wurde.

Mit hochaufgelösten Mikroskopaufnahmen kamen Lao und Kollegen der Ursache für dieses bisher unbekannte und sehr ungewöhnliche Verhalten auf die Spur. So kondensierte zuerst Wasser auf der Oberfläche und es bildeten sich zwischen kleinen Bündeln der Nanodrähte winzige Tropfen. Die Oberflächenspannung des Wassers führte dazu, dass die Nanodrähte sich immer näher kamen und ein Tropfen nach oben gedrückt wurde. Bei einem kritischen Abstand von etwas mehr als einem Nanometer waren die Anziehungskräfte so groß, dass die Hälfte des absorbierten Wassers binnen weniger Minuten verdampfte. Sank nun die Luftfeuchtigkeit, begann der Prozess abermals und Wasser setzte sich wieder auf der Oberfläche der Nanodrähte ab.

„Wenn wir nun Größe und Form der Nanodrähte optimieren, könnten wir dieses Material für eine unkonventionelle Methode zur Kondensation von Wasser aus relativ trockener Luft nutzen“, sagt Laos Kollege Satish Nune. Er hält es ebenfalls für möglich, aus Nanodrähten eine neuartige Membran zu entwickeln, die Wasser erst aufnimmt und bei hoher Luftfeuchtigkeit gezielt abstößt. Über diesen Effekt könnte Sportkleidung beispielsweise Feuchtigkeit erst absorbieren, um diese bei steigender Luftfeuchte gezielt nach außen abzugeben.