Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf smarten Oberflächen bleibt kein Tropfen

01.06.2012
Sei es bei Fensterscheiben, Korrosionsbeschichtungen oder mikrofluidischen Systemen im medizinischen Labor – Oberflächen, die sich selbst von Wasser und anderen Flüssigkeiten befreien, würden vieles vereinfachen. Wie solche Oberflächen für verschiedene Anwendungen aussehen müssen, errechnet nun ein neues Simulationsprogramm.

Es regnet in Strömen. Ein kurzer Weg bis zum Auto, und schon vernebeln zahlreiche Tropfen auf der Brille die Sicht. Künftig könnte es allerdings überflüssig sein, das Putztuch zu zücken:


Links: Mikrometerfein strukturierte Polystyroloberfläche für mikrofluidische Anwendungen. Rechts: Statische Benetzung einer solchen Oberfläche mit Wasser – Simulation und Experiment. © Fraunhofer IWM

Ist die Oberfläche des Glases ähnlich gestaltet wie die eines Lotusblattes, laufen die Tropfen von alleine ab, ohne Spuren zu hinterlassen. Sinnvoll sind solche selbstreinigenden Flächen nicht nur bei Brillengläsern – auch Korrosionsbeschichtungen würden dem nagenden Rost deutlich länger standhalten, wenn das Wasser nicht in kleinen Pfützen darauf stehen bliebe.

Doch wie müssen Oberflächen genau beschaffen sein, um sich optimal selbst zu reinigen? Das errechnet nun eine Simulationssoftware, die Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg entwickelt haben. »Unsere Simulation zeigt, wie sich verschiedene Flüssigkeiten auf unterschiedlichen Oberflächen verhalten – ganz gleich, ob diese eben, gekrümmt oder strukturiert sind«, erklärt Dr. Adham Hashibon, Projektleiter am IWM.

Das Programm simuliert zum einen die Form, die Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche annehmen – also etwa, ob sich die Flüssigkeit auf der Oberfläche verteilt oder sich tropfenmäßig zusammenzieht, um möglichst wenig Kontakt mit ihr zu haben. Zum anderen berechnet es das Fließverhalten und damit, wie sich die Flüssigkeiten auf verschiedenen Oberflächen bewegen. Die Forscher integrieren dabei Faktoren über viele Größenskalen hinweg: von atomaren Wechselwirkungen bis hin zu den Auswirkungen der mikroskopischen Oberflächenstruktur.

Die Software analysiert, was innerhalb eines Tropfens passiert – wie also die einzelnen Wassermoleküle miteinander wechselwirken, wie ein Tropfen von der Oberfläche angezogen wird und sich gegenüber der Luft abgrenzt. Die Forscher sprechen von der Drei-Phasen-Kontaktlinie zwischen Flüssigkeit, Oberfläche und Luft. »Es gibt sehr viele Parameter, die beeinflussen, wie sich die Flüssigkeit auf einer Fläche verhält – beispielsweise die Oberflächenbeschaffenheit des Materials und die Struktur, aber auch Substanzen, die in der Flüssigkeit gelöst sind. All dies haben wir in unterschiedlichen Detailierungsgraden in der Simulation berücksichtigt und können so unsere experimentellen Ergebnisse sehr gut wiedergeben«, sagt Hashibon.

Mikrofluidische Systeme verbessern

Auch für medizinische Untersuchungen ist die Simulation hilfreich. Müssen Ärzte Gewebezellen oder DNA-Bestandteile analysieren, verwenden sie dafür oft mikrofluidische Systeme wie Durchfluss-Küvetten. Die Flüssigkeit mit den gelösten Substanzen fließt durch winzige Kanäle und kleine Kammern und wird dabei analysiert. Wichtig ist, dass sie sich nach der Untersuchung restlos aus allen Kammern und Kanälen entfernen lässt. Denn würden Tropfenreste hängen bleiben, würden sie sich später mit der neuen Probe vermischen und die Ergebnisse verfälschen. Die Simulation soll künftig dabei helfen, solche mikrofluidischen Systeme zu optimieren und die Oberflächen so zu gestalten, dass möglichst wenig Flüssigkeit dort verbleibt.

»Unser Ziel war es, das Benetzungsverhalten von Flüssigkeiten auf strukturierten Oberflächen besser zu verstehen und gezielt zu steuern«, sagt Hashibon. Doch damit nicht genug: Das Tool kann auch helfen, eine Art Verkehrsleitsystem in den mikrofluidischen Systemen zu realisieren: Sind an einer Weggabelung die weiterführenden Kanäle jeweils mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen versehen, lassen sich verschiedene Bestandteile trennen – beispielsweise fließen DNA-Moleküle in den einen Kanal, andere Bestandteile in den anderen. So lässt sich die Konzentration bestimmter Moleküle erhöhen. Das ist besonders wichtig, um beispielsweise die Nachweisempfindlichkeit eines Analyseverfahrens zu erhöhen.

Dr. Adham Hashibon | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/juni/auf-smarten-oberflaechen-bleibt-kein-tropfen.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
17.04.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Neues Material macht Kältemaschinen energieeffizienter
10.04.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

20.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Digitale Medien für die Aus- und Weiterbildung: Schweißsimulator auf Hannover Messe live erleben

20.04.2018 | HANNOVER MESSE

Neurodegenerative Erkrankungen - Fatale Tröpfchen

20.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics