Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eisfreie Tragflächen durch Nanostrukturierung

25.02.2011
Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben nanostrukturierte Oberflächen entwickelt, auf denen Wasser abgestoßen wird und sich auch bei Minusgraden nahezu kein Eis bildet.

Sicherheit geht vor, auch im Flugverkehr. Die Auswirkungen tiefer Temperaturen in diesem Winter hat fast jeder Flugreisende zu spüren bekommen. Fällt das Thermometer unter Null Grad, müssen zugefrorene Tragflächen von Flugzeugen zuvor mit Enteisungsmittel enteist werden. Eis auf den Flügeln stört die Aerodynamik – die für den Auftrieb notwendige Strömung könnte abreißen. Auch während des Flugs wird Vorsorge getroffen. Ein Teil der heißen Triebwerksabluft wird umgelenkt und in die Tragflächen geleitet. Diese werden damit quasi beheizt, um ein erneutes Zufrieren zu verhindern. Kostspieliger und klimaschädlicher Effekt: Der Kraftstoffverbrauch des Flugzeugs kann um bis zu 30 Prozent steigen.


Thermographisches Bild eines stark unterkühlten, immer noch flüssigen Wassertropfens auf einer plasmafunktionalisierten nanostrukturierten Folie.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB entwickeln daher zusammen mit Partnern in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreuten Verbundprojekt »Nanodyn« eine Anti-Eis-Ausrüstung für Kunststoffoberflächen. Hierfür erzeugen sie wasserabweisende mikro- und nanostrukturierte Schichten, auf denen Wasser auch bei Temperaturen unter Null Grad flüssig bleibt und sich somit erst gar kein Eis bildet. Der Grund: Die Schichten bieten dem Wasser, das gefrieren will, keine Kristallisationskeime auf der Oberfläche und es verbleibt in einem »stark unterkühlten« (engl. supercooled) Zustand. »Und selbst wenn das Wasser gefriert, vermindert unsere Anti-Eis-Ausrüstung die Haftung von Eis um mehr als 90 Prozent«, bestätigt Dr. Michael Haupt, Projektleiter am Fraunhofer IGB, die Versuchsergebnisse in der Eiskammer bei Minus 30 Grad.

Die strukturierten Schichten scheiden die Forscher mittels Plasmatechnologien auf Kunststofffolien aus schlag- und stoßfestem Polyurethan (PU) ab. Die Folie wird hierzu in eine Vakuumkammer geführt, in der ein sogenanntes Plasma die Oberfläche modifiziert. In einem Plasma werden Gasmoleküle durch Anlegen einer hochfrequenten elektrischen Spannung angeregt und fragmentiert. »Die hochreaktiven Gasmolekülbruchstücke können nun auf der Oberfläche der Folien angekoppelt werden: es bildet sich eine Schicht«, erläutert Dr. Michael Haupt. »Durch Optimierung verschiedener Prozessparameter wie der Art und Menge des eingesetzten Plasmagases, der Temperatur, dem Druck und der Behandlungszeit können wir sehr dünne nanostrukturierte Schichten erzeugen.« Diese geordneten Strukturen sind nur wenige Nanometer groß, haben aber einen großen Einfluss auf die Benetzungseigenschaften: Wird Wasser auf die Folienoberfläche gebracht, zieht es sich zu einem kugelförmigen Tropfen zusammen, der dann aufgrund der nur minimalen Wechselwirkung mit der Oberfläche von ihr abgestoßen wird.

Und wie kommt die Folie auf die Flugzeugtragflächen? »Wir können das entwickelte Verfahren in den industriellen Maßstab übertragen. Einer unserer Projektpartner, ein Anlagenhersteller, kann ganze Folienbahnen in großen Plasmakammern Rolle-zu-Rolle beschichten«, sagt Dr. Michael Haupt. Und die nanostrukturierte Folie könnte dann einfach auf die Tragflächen geklebt werden. Die teure Enteisung von Flugzeugen, große Mengen an Enteisungsmitteln, vor allem aber Flugbenzin könnten eingespart und damit erhebliche Mengen CO2-Emissionen vermieden werden.

Die Einsatzgebiete sind vielfältig: Auch auf Windrädern, die aufgrund von Vereisung im Winter stehen bleiben oder unwuchtig laufen, auf Solarpaneelen, Freileitungen und Gebäudeteilen würden nanostrukturierte Oberflächen gute Dienste leisten. Darüber hinaus würde eine Anti-Eis-Ausrüstung einen erheblichen Beitrag zur Sicherheit leisten.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für
Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart
Dr. Michael Haupt
Telefon: +49 (0) 7 11 / 9 70-4028
Fax: +49 (0) 7 11 / 9 70-4200

Dr. Claudia Vorbeck | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.nanodyn.de
http://www.igb.fraunhofer.de/www/presse/jahr/2011/dt/2011-02-25-Nanodyn-eisfrei.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Bioabbaubare Polymer-Beschichtung für Implantate
06.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Studie InLight: Einblicke in chemische Prozesse mit Licht
22.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften

Diabetesforschung: Neuer Mechanismus zur Regulation des Insulin-Stoffwechsels gefunden

06.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert

06.12.2016 | Biowissenschaften Chemie