In het door ChemistryNL gecofinancierde project Lithocoat zoekt TNO samen met ASML naar een hydrofobe coating die bestand is tegen extreme omstandigheden en niet schadelijk is voor de omgeving. Het project levert veel generieke kennis op over PFAS-vrije hydrofobe systemen en degradatiemechanismen die weer voor andere toepassingen kan worden ingezet.
Hydrofobe coatings zijn op vele plekken van belang om te voorkomen dat vocht een ongewenst effect heeft. Denk aan outdoor-kleding, voedselverpakkingen maar ook in industriële processen. Tot voor kort werden daarvoor vaak per‑ en polyfluoralkyl (PFAS)-achtige coatings gebruikt. Die zijn echter zo sterk dat ze ook wel de forever chemicals worden genoemd omdat ze in de natuur praktisch niet afbreken en daardoor ophopen in planten en dieren. Die situatie heeft ertoe geleid dat wet- en regelgeving inmiddels het gebruik van PFAS verbieden. Daarop is er een zoektocht ontstaan naar alternatieve coatings die wel dezelfde eigenschappen hebben als PFAS maar geen belasting vormen voor de gezondheid en het milieu.
Stabiel onder extreem harde straling
In het tweejarige project Lithocoat werken TNO en ASML samen aan de ontwikkeling van zo’n hydrofobe coating voor gebruik in lithografiemachines, die bestand is tegen een hoge intensiteit aan harde UV-straling. In het productieproces wordt gebruikgemaakt van UV-licht met een extreem korte golflengte (deep-UV) en een zeer hoge intensiteit. Bij die omstandigheden breken chemische verbindingen gemakkelijk en worden vrije radicalen gevormd. Alleen heel sterke materialen degraderen niet onder die omstandigheden. Voor de coating die ASML nodig heeft, moet dus niet alleen gekeken worden naar het hydrofobe karakter, maar ook naar de robuustheid van de moleculen.
Voor het hydrofobe karakter zijn er verschillende mogelijkheden. “Als je geen gebruik wilt maken van fluor, zoals in PFAS, kijk je bijvoorbeeld eerst naar lange alkylketens die je vastzet op een oppervlak”, vertelt Daniel Mann, Senior Scientist vanuit de afdeling Materials Solutions bij TNO.
Nieuwe materialen ontwerpen
“We zijn in september 2025 begonnen. De eerste maanden hebben we gebruikt om samen met ASML de gebruikerseisen goed vast te leggen,” zegt Nicole Meulendijks, die als projectmanager vanuit de afdeling Materials Solutions bij TNO, betrokken is bij dit project. “Nadat we de veelbelovende benaderingen en materialen hebben geselecteerd, zijn we nu bezig met het uitvoeren van tests.” In eerste snelle screening kijken Mann en zijn team naar het hydrofobe karakter van de nieuwe materialen. Vervolgens gaan de kandidaten door naar zwaardere testomstandigheden die ASML heeft opgezet. Kandidaten die snel falen worden geschrapt, de veelbelovende komen in een traject waarin ze verder worden geoptimaliseerd, bijvoorbeeld door additieven toe te voegen of de opbouw te veranderen. Uiteindelijk kijken de onderzoekers ook naar de moleculaire structuur door verschillende analysetechnieken te combineren. Zo kan met een thermogravimetrische analyse (TGA), waarbij het materiaal wordt verhit tot circa 1000 graden, het massaverlies worden bestudeerd en het moment dat water vrijkomt. Dat geeft een indicatie over de verhouding tussen organische en anorganische verbindingen en zegt iets over de temperatuurstabiliteit van het materiaal.
Met andere tests kijkt het team welke atomen aanwezig zijn, hoe ze gekoppeld zijn en wat de oxidatietoestand is. Bij nanomaterialen kan met een elektronenmicroscoop zelfs de microscopisch structuur van het materiaal worden gevisualiseerd. “De volledige karakterisering kost veel tijd, dus dat doen we alleen voor materialen waarvan we samen met ASML hebben vastgesteld dat ze interessante eigenschappen hebben.”
Verschillende paden verkennen
Mann vertelt dat er is gestart met een aantal materialen waarvan sommige niet zo goed werkten als verwacht. “Inmiddels hebben we een kandidaat die eigenlijk wel heel aardig werkt. We zijn nu bezig om dat materiaal te verfijnen en verder te testen of het ook daadwerkelijk aan alle gebruikerscriteria voldoet.” Tegelijk zoekt Mann ook verder naar andere kandidaten om alternatieven achter de hand te hebben als de eerste kandidaat toch niet voldoet.
