Oberflächenvergrößerungen

Oberflächenvergrößerungen bezeichnen Verfahren und Maßnahmen, durch die die effektive Oberflächenfläche eines Materials oder Bauteils erhöht wird. Eine größere Oberfläche erhöht Reaktions–, Adsorptions- oder Wärme- und Stoffaustauschraten und wird daher in Wissenschaft und Technik gezielt eingesetzt, um Leistungsfähigkeit in Bereichen wie Katalyse, Sensorik, Energieversorgung und Biomedizin zu verbessern.

Zur Vergrößerung der Oberfläche dienen verschiedene Ansätze. Mechanische Rauhheit durch Bearbeitung oder Blasting erhöht die reale Fläche. Poröse Strukturen, Schaum- oder Filzstrukturen sowie Mikroskopie- oder Nanostrukturierungen erzeugen innere Oberflächen. Chemische und elektrochemische Verfahren wie Ätzen, anodische Oxidation, elektrochemische Abscheidung, Lasertexturierung oder Vorlagen-basiertes Lithografieren ermöglichen die gezielte Gestaltung von Oberflächenmustern. Porenbildung, templating und die Verwendung hochporöser Materialien (z. B. Aktivkohle, spongelike Metallschäume, poröse Oxide) liefern sehr große spezifische Oberflächen. Nanostrukturierte Schichten und Beschichtungen erhöhen zusätzlich die Oberflächenkontaktfläche.

Die Messung der Oberflächenvergrößerung erfolgt über die spezifische Oberfläche (SSA) und Porositätskennwerte. Typische Methoden sind die Stickstoff-Desorption nach BET (Brunauer-Emmett-Teller) zur SSA-Bestimmung sowie porosimetrische Verfahren zur Bestimmung von Porenvolumen und -durchmessern.

Anwendungen finden sich in der Katalyse, Energiepegeln wie Batterien und Superkondensatoren, Brennstoffzellen, Sensorik, Membranen und der Biomedizin (z. B. Implantatoberflächen zur Osseointegration). Herausforderungen umfassen Strukturstabilität, Kosten, Reproduzierbarkeit und das Verhalten der Oberflächen unter Betriebsbedingungen.