Tropfenablösung von komplexen Flüssigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Wagner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5441645

Die verschiedenen Phänomene, die beim Abschnüren einer Flüssigkeitsbrücke auftreten können, wirken sich im hohen Maß auf viele technische Anwendungen aus. Beispiele sind die Selektion der Tropfengröße beim mikrofluidischen Beladen von DNA-chips, die Form freier Flüssigkeitsstrahlen beim Feuerlöschen oder die Homogenisierung von Milch durch resonante Tropfenbildung. Trotz dieser industriellen Relevanz ist das physikalische Verständnis der Abschnürdynamik in komplexen Flüssigkeiten noch sehr begrenzt. Bei einfachen Fluiden ist das Abschnüren durch das Auftreten einer Singularität des minimalen Radius der Flüssigkeitsbrücke charakterisiert. Diese Singularität kann durch die Zugabe kleinster Mengen an Polymeren unterdrückt werden, und man beobachtet stattdessen ein zylindrisches Filament, das sich exponentiell mit der Zeit verjüngt. Auf dem elastischen Filament können bei geeigneter Parameterwahl auch charakteristische Nichtgleichgewichtsstrukturen auftreten, wie z.B. kleine sekundäre Tröpfchen, die wie auf einer Perlenkette aufgereiht sind. Die Unterdrückung der Abschnürsingularität tritt infolge der großen Dehnungsviskosität von Polymeren auf. In dem zylindrischen Filament zwischen Tropfen und Austrittsdüse herrscht eine scherfreie reine Dehnungsströmung, und das Experiment hat nicht nur Modellcharakter für das Studium der Instabilität freier Oberflächen komplexer Flüssigkeiten, sondern ist auch ein Modellsystem für rheologische Strömungsexperimente zum Studium der Dehnungsviskosität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Gepulster Laser
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser