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„Schwebende“ Tropfen: Studie der TU Darmstadt wird Titelthema der Zeitschrift „Soft Matter“
„Schwebende“ Tropfen
Studie der TU Darmstadt wird Titelthema der Zeitschrift „Soft Matter“
Winzige Öltropfen können sich einer Strömung widersetzen und auf der Stelle verharren. Das konnten TU-Forschende nun erstmals dokumentieren und untersuchen. Zu Nutze machten sie sich dabei den sogenannten Ouzo-Effekt.
Egal ob griechischer Ouzo, französischer Pastis oder türkischer Raki: Verdünnt man diese Schnäpse mit Wasser, trübt sich das Gemisch ein. Grund dafür ist, dass sich die in der Spirituose enthaltenen Anis-Öle zwar gut in Alkohol lösen, aber nicht in Wasser. So hat Ouzo in der Flasche einen hohen Alkoholgehalt. Im Alkohol sind die Öle vollständig gelöst, und daher ist die Flüssigkeit klar. Kommt dann aber Wasser hinzu, können sich die Anis-Öle im stark gesunkenen Alkoholgehalt nicht mehr komplett lösen. In der Folge verteilen sich die kleinen Tröpfchen fein im Getränk, und eine milchige Trübung entsteht.
Diesen sogenannten Ouzo-Effekt haben Forschende der TU Darmstadt nun genutzt, um winzige Öltropfen für ein Laborexperiment zu erzeugen. Dieses führte zu einer neuen Entdeckung: Ein solcher Tropfen kann einer Strömung trotzen und auf der Stelle verharren oder sich sogar stromaufwärts bewegen. „Die Kraft, die den Tropfen festhält, resultiert aus einer Differenz der Oberflächenspannung an dessen oberem und unterem Ende“, erklärt Steffen Bisswanger, Doktorand am Fachgebiet Nano -und Mikrofluidik des Fachbereichs Maschinenbau der TU Darmstadt und Erstautor der Studie. Das Gleichgewicht, das den Tropfen „schweben“ zu lassen scheine, hänge von dessen Größe und Position sowie der Flussrate und der Art der Flüssigkeit im Strömungskanal ab. „Das Phänomen des Festhaltens von Tropfen beziehungsweise sogar der Bewegung stromaufwärts war bisher unbekannt und wurde nun erstmals dokumentiert und analysiert“, betont Bisswanger.
Relevant sind die Erkenntnisse dieser Grundlagenforschung vor allem für die Bereiche Verfahrenstechnik und chemische Analytik. Der Effekt ist zwar nur unter einem Mikroskop mit Hochgeschwindigkeitskamera zu beobachten. Jedoch könnte er sich auch in großen Maßstab bemerkbar machen – etwa in Emulsionen, also Flüssigkeiten, in denen unzählige winzige Öltropfen in Wasser verteilt sind. „In einem solchen System könnte der von uns beobachtete Effekt also milliardenfach gleichzeitig in einem einzigen Behälter ablaufen und somit beispielsweise für die Bildung von Mustern sorgen“, erläutert Steffen Hardt, Professor für Nano- und Mikrofluidik an der TU Darmstadt und Coautor. „Auch könnte man das von uns beobachtete und beschriebene Phänomen nutzen, um ganz gezielt winzige Tropfen oder Blasen aus einer Flüssigkeit zu entnehmen, um diese zu analysieren.“
Die Ergebnisse wurde jetzt im Journal „Soft Matter“ online vorveröffentlicht. Die vollständige Ausgabe folgt voraussichtlich Ende Januar, wobei die Autoren der Tropfenstudie die besondere Ehre haben werden, mit ihrem Thema die Titelseite visuell zu gestalten.
Die Leitung der Projekts lag bei den Forschenden der TU Darmstadt, die Experimente und mathematische Modellierung durchführten. Mit numerischen Simulationen war außerdem die Universität Twente in den Niederlanden beteiligt. Das Projekt wurde unter anderen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Die Veröffentlichung:
Bisswanger, Steffen et al.: „Upstream motion of oil droplets in co-axial Ouzo flow due to Marangoni forces“, in: „Soft Matter“, DOI: https://doi.org/10.1039/D5SM00848D
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. rer. nat. Steffen Hardt
Leiter des Fachgebiets Nano- und Mikrofluidik
hardt@nmf.tu-darmstadt.de
06151/16-24274
Link Video: https://www.rsc.org/suppdata/d5/sm/d5sm00848d/d5sm00848d2.mp4
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