Verdampfungsinduzierte Strömung und Ablagerungen von Partikeln in verdunstenden Tropfen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Joachim Kähler
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316912227

Auch wenn auf Oberflächen fest sitzende und verdunstende Tropfen wie einfache Systeme erscheinen, beinhalten sie überraschend komplexe Phänomene. Der Verdunstungsprozess induziert Strömungen im Inneren und an der Grenzfläche des Tropfen, die die Form und Verteilung von Ablagerungen nach der vollständigen Verdunstung beeinflussen. Ein typisches Beispiel ist der charakteristische ringförmige Fleck, den ein verdunstender Kaffeetropfen hinterlässt. Die Kontrolle verdunstungsgetriebener Strömungen sowie der Verteilung gelöster Partikel innerhalb von Tröpfchen ist aktuell eine der wichtigsten technischen Herausforderung in ganz unterschiedlichen Anwendungsgebieten wie beispielsweise Lithographie, Optoelektronik, Anstrichmittel, Tintenstrahldruck und medizinische Diagnose.Das Hauptziel dieses Antrags besteht darin, die Rolle der verdunstungsgetriebenen Strömungen in Bezug auf das Problem des Massenübergangs eines fest sitzenden und verdunstenden Tropfens zu verstehen. Der Massenübergang bezieht sich dabei auf Dampfemission und Partikelbewegung innerhalb des verdunstenden Tropfens. Zunächst wird der Beitrag der Grenzflächenströmungen, die aufgrund von Temperaturgradienten auftreten, mit innovativen optischen Messtechniken charakterisiert werden. Danach wird das Zusammenhang von verdunsteter Masse und verdunstungsgetriebener Strömung bestimmt. Schließlich soll der Einfluss der Partikelgröße, Hydrophobie und elektrischer Ladung auf Ablagerungen ausgewertet werden. Um die Strömungen und Partikelbewegungen unter verschiedenen Bedingungen systematisch zu vermessen, werden die Experimente unter Verwendung neuester 3D-Partikel-Tracking-Methoden durchgeführt. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieses Projekts die andauernden Diskussionen über die Rolle der verdunstungsgetriebenen Strömung auf Partikelablagerungen in verdunstenden Tröpfchen beenden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen