"Rohr-in-Rohr-Prinzip": Onderzoekers uit Kaiserslautern optimaliseren het bevochtigings- en glijgedrag van leidingen

Ook door nauwe leidingen, bijvoorbeeld in productielijnen, moet vloeistof weerstandloos stromen. Dit wordt meestal bereikt door aangebrachte coatings. Een onderzoeksteam aan de Technische Universiteit Kaiserslautern (TUK) denkt nu het stromingsgedrag opnieuw uit: als uitgangspunt wordt een extra, binnenliggende leiding met functionele oppervlakte genomen, die niet alleen het bevochtigings- en glijgedrag volgens de lotus-effect optimaliseert, maar ook de voor de luchtinsluitingen benodigde stabiliseert. Met behulp van laser technologie kunnen de structuren op praktische leidingwerk worden overgedragen. De Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) financiert het project met ongeveer 740.000 euro.

Twee vakgebieden aan de TUK en een Kaiserslauterer instituut bundelen voor het project „Bevochtigings- en transportgedrag van substrateloze vlakke en gekromde hiërarchische strookstructuren“ hun expertise: Jun.-Prof. Clarissa Schönecker (Vakgebied Microfluidica), Prof. Dr. Egbert Oesterschulze (Vakgebied Fysica en Technologie van Nanostructuren) en Priv.-Doz. Dr. Johannes L’huillier (Photoniek Centrum Kaiserslautern e.V.).

„In tegenstelling tot een conventionele leiding moet door het inbrengen van een extra geperforeerde binnenleiding de stroming doelgericht worden beïnvloed om de wrijvingsweerstand te verminderen“, legt Oesterschulze uit. „Daartoe zal een tweede medium op de geperforeerde plaatsen in wisselwerking treden met het in de binnenleiding aanwezige medium en invloed uitoefenen op het bevochtigings- en stromingsgedrag ervan. Deze nieuwe bevochtigingsstaat is afgeleid van de in de literatuur bekende „Cassie-Baxter toestand“ en wordt binnen het interdisciplinaire onderzoek verder ontwikkeld tot de „substrateloze Cassie-Baxter toestand“. „Daarnaast willen we de bevochtiging aan de binnenleiding doelgericht beïnvloeden door een hiërarchische oppervlakte structuur, dat wil zeggen een combinatie van nano- en microstructuren“, aldus de natuurkundige.

De werkgroep van Oesterschulze onderzoekt deze bevochtigings- en stromingsprocessen op microscopisch precies vervaardigde siliciumstructuren.

Hij krijgt daarbij ondersteuning uit de werktuigbouwkunde en procestechnologie: „Ik bekijk de ontwikkelde structuren vanuit stromingstechnisch oogpunt en geef door stromingsdynamische berekeningen impulsen over hoe de gewenste functies, zoals de ruwheid of bevochtigbaarheid, kunnen worden gerealiseerd“, vult Schönecker aan. „Zo ontstaan uiteindelijk oppervlakken die beter toepasbaar en stabieler zijn. Ik denk daarbij in het algemeen aan toepassingsperspectieven, waarbij vloeistoffen onder druk of last door dunne leidingen worden gepompt – bijvoorbeeld in procestechnische processen of in microsystemen“, aldus Schönecker.

Om de gewenste praktische toepasbaarheid te testen, is het Photoniek Centrum aan boord. „We kunnen met behulp van hoogprecisie laserbewerking de hiërarchische oppervlakte structuren overbrengen op conventionele metalen leidingen“, zegt L’huillier. „Met andere woorden, wij leveren samen het ontwerp en de noodzakelijke fundamentele onderzoeken voor ons functioneel gemaakte onderdeel in stromingsgedrag en bouwen al de brug naar de toepassing.“

Vragen beantwoorden:

Jun.-Prof. Clarissa Schönecker
Tel.: 0631 205-5971
E-mail: schoenecker@mv.uni-kl.de

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

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