Flüssigkeit trifft Oberflächen

27.05.2016

Flüssigkeit trifft Oberflächen

Neuer Sonderforschungsbereich zu Transport- und Benetzungsvorgängen

In vielen technischen Anwendungen spielt die dynamische Be- oder Entnetzung von Oberflächen durch Flüssigkeiten eine wesentliche Rolle. Ein neuer Sonderforschungsbereich an der TU Darmstadt, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit rund 11 Millionen Euro, wird dieses Thema intensiv bearbeiten. Das Vorhaben startet am 1. Juli und ist für zunächst vier Jahre bewilligt.

Benetzungsstörung beim Beschichten und Trocknen einer OLED Halbleiterschicht. Bild: Peter Stephan und Sebastian Keuth
Benetzungsstörung beim Beschichten und Trocknen einer OLED-Halbleiterschicht. Bild: Peter Stephan und Sebastian Keuth

Ein Gravurzylinder rollt über eine beschichtete Glasplatte und trägt ganz exakt eine Emulsion auf. Was davon nach Verdunstung und Trocknung übrig bleibt, ist ein genau abgegrenzter homogener Halbleiterfilm. So ließen sich beispielsweise OLEDs (organiclight emitting diodes) oder organische photovoltaische Elemente in großer Stückzahl herstellen. Oder: Ein Blutstropfen breitet sich kontrolliert auf einem Trägermaterial aus, verdunstet und hinterlässt charakteristische, feste Strukturen – so könnten in Zukunft medizinische Analysen für die Erkennung bestimmter Krankheitssymptome deutlich vereinfacht werden.

Die Beispiele beschreiben, wie ein komplexes Fluid eine feste Oberfläche be- und teilweise auch entnetzt und gleichzeitig Masse, Energie oder Stoffe kontrolliert transportiert werden. Auch umgekehrt können durch das gezielte Aufprägen von Geschwindigkeits-, Temperatur- oder Konzentrationsgradienten Benetzungsvorgänge gezielt beeinflusst werden. Obwohl diese physikalischen Phänomene sich nur im räumlich äußerst kleinen Bereich der Kontaktlinie zwischen Flüssigkeit, Luft und Festkörper abspielen, bestimmen sie oft maßgeblich die Qualität und Effizienz von technischen Prozessen, sei es in der Druckindustrie oder bei Beschichtungsvorgängen, in wärmeübertragenden oder biotechnologischen Apparaten.

Eröffnen neuer Welten

Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan. Bild: Sandra Junker
Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan. Bild: Sandra Junker

Die Mechanismen dieser Wechselwirkungen sind nur sehr unvollständig verstanden. Sie zu entschlüsseln würde ganz neue Welten eröffnen – hin zu modernen Verfahren zur Herstellung komplexer Fluide (z.B. Suspensionen) und komplexer Oberflächen (z.B. Nano- oder Mikrostrukturen).

Im neuen Sonderforschungsbereich, dessen Sprecher der Maschinenbauprofessor Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan ist, sollen diese Forschungslücken geschlossen werden. In ihm arbeiten Ingenieurwissenschaftler aus dem Bereich „Thermofluiddynamik“, Naturwissenschaftler mit Expertise im Bereich „Grenzflächeneigenschaften“ und Mathematiker mit Expertise im Bereich „Beschreibung von Mehrphasenströmungen“ zusammen. Partner der TU Darmstadt ist das Max-Planck-Institut für Polymerforschung Mainz.

Bei den Forschungsthemen „Statische und dynamische Benetzbarkeit“ sowie „Wärme- und Stofftransport“ hat die TU Darmstadt international anerkannte hohe Expertise und Sichtbarkeit. Der neue Sonderforschungsbereich stärkt den Profilbereich „Thermo-Fluids & Interfaces“ der TU Darmstadt, der als einer von sechs TU-Profilbereichen die Kernkompetenzen der Darmstädter Forschung auf den Gebieten Thermo- und Strömungsdynamik, Verbrennung und Stofftransport repräsentiert.

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