Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher enträtseln, wie sich bei Suspensionen Tropfen lösen: Das Tropfverhalten lässt sich steuern

15.07.2015

Ihr Ergebnis kann dazu beitragen, Arzneimittel genauer zu dosieren, das Druckbild von Tintendruckern zu verfeinern oder Spezialbeschichtungen exakter aufzusprühen

Als weltweit erste haben Forscher der Universität des Saarlandes und der Pariser Hochschule für angewandte Physik und Chemie herausgefunden, wie und warum sich in Suspensionen Tropfen ablösen – also in Flüssigkeiten wie Tinte, in denen Feststoffe schweben. Die Physiker Christian Wagner, Jorge Fiscina und Anke Lindner konnten zeigen, dass einzelne Feststoff-Teilchen den Tropfvorgang auslösen und beschleunigen. Werden Größe und Verteilung der Partikel in der Flüssigkeit geändert, lässt sich das Tropfverhalten beeinflussen.


Blick in ein Tropfen-Experiment: Die Forscher konnten erstmals belegen, dass Feststoff-Teilchen in Suspensionen den Tropfvorgang auslösen und beschleunigen. Unten: Silikonöl ohne Festkörper-Partikel.

Foto: Arbeitsgruppe Christian Wagner

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in den Europhysics Letters (doi:10.1209/0295-5075/110/64002; http://iopscience.iop.org/0295-5075/110/6/64002/).

Tintenstrahldrucker tropfen auf Knopfdruck: Aus einer kleinen Düse spritzen viele winzige Tropfen auf das Papier. Hierbei ist wichtig, dass sich die Tröpfchen exakt ablösen, sonst gehen sie daneben und das Druckbild wird unscharf. Wie sich bei Suspensionen wie Tinte, aber auch Blut oder Saft, also Flüssigkeiten, in denen Festkörper-Teilchen schweben, Tropfen ablösen und warum, war bislang noch nicht geklärt. Erstmals ist es Wissenschaftlern jetzt gelungen, diese Frage zu beantworten:

„Die einzelnen Festkörper-Teilchen spielen beim Ablösen von Tropfen in Suspensionen eine tragende Rolle. Sie bringen die Ablösung in Gang und beschleunigen diese“, erklärt Professor Christian Wagner. Die Forschergruppe des Experimentalphysikers von der Universität des Saarlandes hat gemeinsam mit dem Team von Professor Anke Lindner von der Hochschule für angewandte Physik und Chemie (ESPCI), einer der Grande Écoles Frankreichs, das Tropfverhalten dieser komplex zusammengesetzten Flüssigkeiten untersucht.

An der Saar-Universität wurden hierzu Tropfen-Experimente durchgeführt: Wagner und sein Team verdünnten eine Suspension und brachten diese zwischen zwei Platten. Anschließend zogen sie die Platten auseinander, beobachteten mithilfe von Hochgeschwindigkeits-Kameras sowie hochauflösenden Mikroskop-Objektiven, was sich hierbei abspielte und werteten die Ergebnisse im Anschluss aus.

„Werden die Platten auseinandergezogen, bildet die Suspension dazwischen fadenförmige Gebilde vergleichbar einer Brücke. Die Festkörper-Teilchen schweben darin wie kleine Kügelchen“, erläutert Wagner. „Wir konnten nachweisen, dass einzelne Partikel dabei die Oberfläche der Flüssigkeit stören und regelrecht ausbeulen. Das Teilchen behindert die Strömung der Flüssigkeit im Inneren des Flüssigkeitsfadens ebenso wie an seiner Außenseite. Es beeinflusst aber gleichzeitig die Oberflächenkrümmung, der kapillare Druck erhöht sich, und der Ablöseprozess wird beschleunigt, denn die Oberflächenspannung strebt an, die Oberfläche zu verkleinern. Schließlich reißt der Tropfen ab“, erklärt er.

„Die Größe und Verteilung der Teilchen in der Suspension haben demzufolge großen Einfluss auf das Tropfverhalten. Indem diese Parameter geändert werden, lässt sich also auch das Tropfverhalten steuern“, erläutert der Experimentalphysiker. Die neuen Erkenntnisse können Anwendung finden in einer Vielzahl industrieller Verfahren, bei denen Suspensionen zum Einsatz kommen wie bei der Arzneimittelherstellung, bei Beschichtungen, Druckverfahren bis hin zur Kosmetik und Lebensmitteltechnik.

„Bei einfachen Flüssigkeiten war diese Frage in den vergangenen zwanzig Jahren bereits geklärt worden, bei komplexen Flüssigkeiten wie der Suspension hingegen waren die physikalischen Mechanismen bislang unbekannt“, sagt Professor Wagner.

Kontakt: Professor Dr. Christian Wagner,
Tel.: 0049 (0)681 302-3003 oder -2416; E-Mail: c.wagner@mx.uni-saarland.de
http://agwagner.physik.uni-saarland.de/

Pressefotos für den kostenlosen Gebrauch finden Sie unter
http://www.uni-saarland.de/pressefotos. Bitte beachten Sie die Nutzungsbedingungen.

Fototexte (längere Version):

Professor Dr. Christian Wagner mit der Apparatur, die bei den Tropfen-Experimenten zum Einsatz kam. Foto: Uni / Claudia Ehrlich

Blick in ein Tropfen-Experiment: Die Forscher konnten erstmals belegen, dass Feststoff-Teilchen in Suspensionen den Tropfvorgang auslösen und beschleunigen. Unten: Silikonöl ohne Festkörper-Partikel.
Die fünf Aufnahmen der Hochgeschwindigkeits-Kamera zeigen oben - von links nach rechts - einen Tropfvorgang: Das fadenförmige Gebilde entsteht, wenn die Platten mit der Suspension auseinandergezogen werden. Gut zu erkennen sind die Festkörper-Teilchen, die wie Kügelchen darin schweben. Sie stören die Oberfläche der Flüssigkeit, beulen sie aus und behindern die Strömung der Flüssigkeit innen wie außen. Gleichzeitig beeinflussen sie die Oberflächenkrümmung, der kapillare Druck erhöht sich und der Ablöseprozess wird beschleunigt. Zum Vergleich zeigt das untere Bild das Experiment mit Silikonöl, das keine Festkörper-Teilchen enthält.
Foto: Arbeitsgruppe Christian Wagner

Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Telefoninterviews in Studioqualität sind möglich über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung mit Direktanwahl oder über ARD-Sternpunkt 106813020001). Kontakt: 0681/302-2601, oder -64091.

Claudia Ehrlich | Universität des Saarlandes

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie