Naukowcy dokładnie analizują krople za pomocą technologii kamer o wysokiej rozdzielczości 3D

Fabian Krull (po lewej) i profesor Antonyuk badają, jak krople uderzają w różne powierzchnie. (Zdjęcie: TUK/Thomas Koziel)

W tym celu używany jest system kamer 3D o wysokiej prędkości. (Zdjęcie: TUK/Thomas Koziel)

Na liście lotosu krople odskakują, podczas gdy na betonowej ścianie je zwilżają. Przyczyną jest właściwość powierzchni. Małe struktury powodują na przykład, że kropla nie przylega. Naukowcy z Technische Universität Kaiserslautern (TUK) badają te efekty za pomocą systemu kamer wysokiej rozdzielczości 3D. W ten sposób widzą, co się dzieje, gdy krople uderzają w różne powierzchnie. Wyniki mogą pomóc zmniejszyć zużycie maszyn lub utrzymać linie produkcyjne w czystości. Na targach Process Technology Achema we Frankfurcie zaprezentują technologię od 11 do 15 czerwca na stoisku badawczym Nadrenii-Palatynatu (Hala 9.2, stoisko A86a).

Gdy kropla wody spada na liść lotosu, po prostu odskakuje. Zjawisko to, znane jako efekt lotosu, opiera się na tym, że powierzchnia liści ma drobne nierówności (wypukłości), które ostatecznie powodują odpychanie kropli. Te drobne struktury zostały odkryte w latach 70. przez botanika Wilhelma Barthlotta dzięki skaningowemu mikroskopowi elektronowemu. Obecnie zasada ta znajduje zastosowanie na przykład w oknach lub farbach ściennych.

Również na TU Kaiserslautern naukowcy z Wydziału Mechaniki i Technologii Procesowej zajmują się tym zjawiskiem. Badają, jak zachowują się krople, gdy trafiają na powierzchnie o różnych mikrostrukturach, takich jak wypukłości, siatki czy trapezy. „Chodzi o struktury, które są wyraźnie mniejsze niż na przykład średnica włosa”, mówi Fabian Krull, który w ramach swojej pracy doktorskiej na stanowisku profesora Sergiy'a Antonyuka zajmuje się tym tematem. Mierzą one około od 100 nanometrów do 10 mikrometrów, czyli rozmiarów niewidocznych gołym okiem. A mimo to te struktury mogą różnie wpływać na to, jak krople uderzają w powierzchnię.

Aby szczegółowo obserwować ten proces, używa się trzech wysokiej klasy kamer. „Robią zdjęcia z różnych kątów widzenia”, mówi Fabian Krull. Oprogramowanie następnie łączy dane w obraz 3D. „Dzięki temu możemy krok po kroku obserwować, co się dzieje, gdy krople uderzają w różne powierzchnie”, mówi profesor Antonyuk. Ponadto inżynierowie symulują przypadek kropli w swoich modelach komputerowych.

Prace badawcze odbywają się w ramach specjalnego obszaru badawczego 926 (SFB) „Powierzchnie elementów: morfologia na skali mikro”, finansowanego przez Niemiecką Fundację Badawczą. Wyniki naukowców mogą w przyszłości pomóc na przykład w zmniejszeniu tarcia w maszynach lub w projektowaniu powierzchni w zakładach przemysłowych tak, aby nie gromadziły się na nich kurz i brud. Mogą być również użyte w szpitalach, aby na przykład mikroorganizmy nie przywierały.

Na targach Achema inżynierowie zaprezentują swój system kamer i swoje badania.