Verhalten von Tropfen in Tinte oder Blut enträtselt
Forscher der Saar-Universität haben enträtselt, wie sich die Tropfen in komplexen Suspensionen wie Druckertinte genau verhalten. Mit diesem Wissen könnten viele technische Verfahren verbessert werden, von der Kosmetikproduktion bis zur Dosierung von Medikamenten.
Suspensionen sind Flüssigkeiten, in denen Feststoffteilchen schweben. Blut, Saft, Tinte und vieles mehr gehören dazu. Die winzigen Teilchen sind essenziell, aber sie sorgen auch für Probleme bei der präzisen Dosierung oder Verteilung der Suspension. Welche genau, das konnten Physiker der Universität des Saarlandes und der Hochschule für angewandte Physik und Chemie in Paris jetzt gemeinsam nachweisen.
Für ihren Versuch verdünnten Prof. Christian Wagner und sein Team in Saarbrücken eine Suspension und brachten sie zwischen zwei Platten, die anschließend auseinandergezogen wurden. Diese Bewegung und das Verhalten der Flüssigkeit beobachteten sie mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras und hochauflösenden Mikroskop-Objektiven.
Das Ergebnis: Beim Auseinanderziehen entstehen fadenförmige Gebilde, die Brücken ähneln. Einzelne Partikel darin stören die Oberfläche der Flüssigkeit und beulen sie regelrecht aus. Gleichzeitig beeinflussen die Teilchen die Krümmung der Oberfläche. „Dadurch erhöht sich der kapillare Druck, der Ablöseprozess wird beschleunigt, denn die Oberflächenspannung strebt an, die Oberfläche zu verkleinern. Schließlich reißt der Tropfen ab“, erklärt Wagner.
Tropfverhalten kann optimiert werden
Daraus folgt, dass Größe und Verteilung der Feststoff-Teilchen einen großen Einfluss auf das Tropfverhalten der Suspension haben. Eine Erkenntnis, die zunächst nicht sehr überraschend wirkt.
Die Forscher aber haben diesen Prozess nach eigenen Angaben erstmals überhaupt in einer komplexen Flüssigkeit nachgewiesen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen könnten die entscheidenden Parameter – eben Größe und Verteilung der Teilchen – so geändert werden, dass das Tropfverhalten optimiert wird.
Viele praktische Anwendungsmöglichkeiten
Wie genau diese Steuerung funktionieren kann, haben die Forscher nicht ermittelt. Ihnen ging es zunächst darum zu demonstrieren, wie der Prozess exakt abläuft. Die Anwendungsmöglichkeiten seien jedenfalls vielfältig, sagt der Leiter der Forschungsgruppe.
Überall da, wo Suspensionen zum Einsatz kommen, könnten die Verfahren optimiert werden: bei Beschichtungen von Metallen, Kunststoffen oder vielen anderen Materialien ebenso wie in Druckverfahren, bei denen die präzise Farbverteilung die Qualität des Ergebnisses bestimmt. Aber auch die Kosmetikindustrie könne von den Resultaten profitieren. Nicht zuletzt bei der Herstellung von Medikamenten könnten die einzelnen Wirkstoffe noch genauer als bisher dosiert werden.
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