„Vnitřní-vrchní princip“: Výzkumníci z Kaiserslauternu optimalizují adhezní a kluzné chování potrubí

Také úzké potrubí, například v výrobních zařízeních, by mělo umožnit tekutinám volný tok bez odporu. To se obvykle dosahuje pomocí nanesených povlaků. Výzkumný tým na Technické univerzitě Kaiserslautern (TUK) nyní přemýšlí o novém chování proudění: výchozím bodem je dodatečná vnitřní trubka s funkčním povrchem, která nejen optimalizuje moknutí a klouzavost podle efektu lotosu, ale také stabilizuje vzduchové kapsy potřebné k tomu. Pomocí laserové technologie lze tyto struktury přenést na prakticky použitelná potrubí. Německá výzkumná společnost (DFG) podporuje tento projekt částkou přibližně 740 000 eur.

Dva odborné obory na TUK a jeden Kaiserslauterský institut spojují své kompetence pro projekt „Moknutí a transportní chování substrátových a bezsubstrátových rovných a zakřivených hierarchických pruhových struktur“: juniorská profesorka Clarissa Schöneker (Obor mikrofluidní mechaniky), profesor Dr. Egbert Oesterschulze (Obor fyziky a technologie nanostruktur) a soukromý docent Dr. Johannes L’huillier (Photonické centrum Kaiserslautern e.V.).

„Na rozdíl od konvenčního potrubí má být pomocí vložení dodatečné perforované vnitřní trubky cíleně ovlivněn proud tekutiny, aby se snížil odpor tření,“ vysvětluje Oesterschulze. „Na perforovaných místech bude docházet ke střetu mezi dvěma médii, přičemž jedno bude uvnitř trubky a druhé na jejím povrchu, a to ovlivní moknutí a proudění. Tento nový stav moknutí vychází z v literatuře známého „Cassie-Baxterova stavu“ a bude rozšířen v rámci interdisciplinárního výzkumného projektu na „bezsubstrátový Cassie-Baxterův stav“. „Navíc chceme cíleně ovlivnit moknutí na vnitřní trubce pomocí hierarchické povrchové struktury, tedy kombinace nano- a mikrostruktur,“ dodává fyzik.

Výzkumná skupina Oesterschulze zkoumá tyto procesy moknutí a proudění na mikrotechnicky a tím velmi přesně vyrobených strukturách z křemíku.

V tom mu pomáhají inženýrství strojních zařízení a technologií: „Zkoumám vyvinuté struktury z pohledu proudění a pomocí výpočtů v oblasti tekutinové dynamiky dávám impulzy, jak lze realizovat požadované funkce, například drsnost nebo moknutelnost,“ doplňuje Schöneker. „Nakonec vznikají povrchy, které jsou lépe použitelné a stabilnější. Obecně myslím na aplikační perspektivy, kdy je tekutina pod tlakem nebo zatížením vedena tenkými potrubími – například v chemických procesech nebo v mikrosystémech,“ říká Schöneker.

Pro ověření požadované praktické použitelnosti je na palubě i Photonické centrum. „Pomocí vysoce přesné laserové technologie můžeme přenést hierarchické povrchové struktury na konvenční kovová potrubí,“ říká L’huillier. „Jinými slovy, všichni dohromady dodáváme návrh a potřebný základní výzkum pro náš funkčně upravený díl z hlediska proudění a již budujeme most k jeho praktickému využití.“

Odpovědi na otázky:

Juniorská profesorka Clarissa Schöneker
Tel.: 0631 205-5971
Email: schoenecker@mv.uni-kl.de

Profesor Dr. Egbert Oesterschulze
Tel.: 0631 205-2680
E-mail: oester@rhrk.uni-kl.de

Soukromý docent Dr. Johannes L’huillier
Tel.: 0631 415 575 - 12
E-mail: johannes.lhuillier@pzkl.de