A kutatók 3D magassebességű kameratechnikával pontosan vizsgálják a cseppeket

Fabian Krull (balra) és Antonyuk professzor vizsgálják, hogyan találkoznak a cseppek különböző felületeken. (Fotó: TUK/Thomas Koziel)

Ebben az esetben egy 3D gyorskamerás rendszert alkalmaznak. (Fotó: TUK/Thomas Koziel)

Am lótuszlevélről cseppek leperegnek, egy betonfalon viszont megtapadnak. Ennek oka a felület adott tulajdonsága. Apró struktúrák például ahhoz vezetnek, hogy egy csepp nem tapad. Ezeket a hatásokat a Kaiserslautern Műszaki Egyetemen (TUK) kutatók vizsgálják egy 3D-s nagysebességű kamerarendszerrel. Így látják, mi történik, amikor cseppek különböző felületekre csapódnak. Az eredmények segíthetnek például a gépek kopásának csökkentésében vagy a gyártóberendezések tisztántartásában. A frankfurti Achema Vegyészeti és Feldolgozóipari Kiállításon június 11. és 15. között mutatják be a technológiát a Rajna-vidék-Pfalz kutatói standján (9.2 csarnok, A86a stand).

Amikor egy vízcsepp esik egy lótuszlevélre, egyszerűen lepereg. Ezt a lótusz-effektus néven ismert jelenséget az okozza, hogy a levelek felülete apró egyenetlenségeket (dugókat) tartalmaz, amelyek végül azt eredményezik, hogy a cseppek leperegnek. Az apró struktúrákat a botanikus Wilhelm Barthlott fedezte fel az 1970-es években a rácsos elektronmikroszkóp segítségével. A elv ma már például ablaküvegeken vagy falfestéseknél is alkalmazott.

Az egyetemen, a Kaiserslauternben, a Gépészmérnöki és Feldolgozási Technológiai Tanszéken is foglalkoznak ezzel a jelenséggel a kutatók. Kíváncsiak arra, hogyan viselkednek a cseppek, amikor különböző mikrostruktúrákkal ellátott felületekkel találkoznak, mint például dugók, rács- vagy trapézformák. „Ez olyan struktúrákra vonatkozik, amelyek jóval kisebbek, mint például egy hajszál átmérője” – mondja Fabian Krull, aki a mechanikus feldolgozási technológia doktori tanulmányai keretében foglalkozik a témával Professor Dr. Sergiy Antonyuk vezetésével. Ezek a struktúrák körülbelül 100 nanométer és 10 mikrométer közötti méretűek, amelyek nem láthatók az emberi szem számára. És mégis, ezek a struktúrák különböző módon befolyásolhatják a cseppek érintkezését a felülettel.

Ennek a folyamatnak a részletes megfigyeléséhez három nagysebességű kamera kerül bevetésre. „Különböző nézőpontokból készítenek képeket” – mondja Fabian Krull. Egy szoftver ezután összerakja az adatokat egy 3D-s képpé. „Így lépésről lépésre megfigyelhetjük, mi történik, amikor cseppek különböző felületekre csapódnak” – mondja Antonyuk professzor. Emellett a mérnökök a számítógépes modellekben is szimulálják a cseppek esését.

A kutatások a 926-os különleges kutatási terület (SFB) keretében zajlanak, amelyet a Német Kutatási Közösség támogat. A kutatók eredményei a jövőben például segíthetnek csökkenteni a gépek súrlódását vagy olyan felületek kialakításában, amelyek megakadályozzák a por- és szennyeződés felhalmozódását az ipari berendezéseken. Kórházakban is alkalmazhatók lehetnek, például azért, hogy mikroorganizmusok ne tapadjanak meg rajtuk.

A kiállításon az Achema mérnökei bemutatják kamerarendszerüket és kutatási eredményeiket.