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Wasserabstoßende Materialien

Wenn Wassertropfen Trampolin springen

Gibt es in Zukunft eine Alternative zur Enteisung von Flugzeugtragflächen? Forscher der ETH Zürich experimentieren mit Materialien, die Wasser und Eis von selbst abstoßen.

Vereiste Tragflächen sind ein Sicherheitsrisiko, weil sie nicht nur das Gewicht eines Flugzeugs erhöhen, sondern auch die Strömung ungünstig beeinflussen. Deshalb müssen Tragflächen im Winter aufwendig enteist werden. Künftig könnte das vielleicht überflüssig werden. Forscher der ETH Zürich untersuchen, wie sich Oberflächen designen lassen, die gegen Wasser und Eis allergisch sind.

Den Fokus legten die Forscher zunächst auf das Verhalten von Wassertropfen auf starren Oberflächen. Dabei haben sie erstaunliches entdeckt: unter stetig sinkendem Luftdruck in der Experimentierkammer sprang ein Tropfen auf einer Silizium-Oberfläche plötzlich hoch, landete wieder und sprang erneut hoch, sogar höher als beim ersten Mal. "Wie ein Trampolinspringer, der mit jedem Sprung  vom elastischen Sprungtuch an Höhe gewinnt, wurde auch der Wassertropfen bei jedem Kontakt mit der Oberfläche immer höher geschleudert, obwohl diese absolut starr war", schreibt die ETH in einer Pressemitteilung.

Was zunächst physikalische Grundgesetze zu verletzen scheint, hat mit der Wasserverdampfung und der Mikrostruktur der Materialoberfläche zu tun. Bei der Verdampfung zwischen Oberfläche und Tropfen entsteht Überdruck, der für den Trampolin-Effekt verantwortlich ist.

Oberflächenstruktur ist ausschlaggebend

Enteisung einer Maschine von Aer Lingus am Flughafen Berlin-Schönefeld. Foto und Copyright: Günter Wicker / Flughafen Berlin Brandenburg GmbH

Dabei ist die Struktur der Materialoberfläche wichtig: sie muss rau sein, damit der Wassertropfen nicht an ihr hängenbleibt. Gleichzeitig darf sie nicht zu rau sein, ansonsten entweicht der Wasserdampf zu schnell durch ihre Poren und Ritzen. Bei dem Versuch verwendeten die Züricher Forscher mikrostrukturierte Silizium-Oberflächen, die aus kleinen, nur wenige Mikrometer großen Säulen bestehen, die im Abstand von etwa fünf Mikrometern regelmäßig angeordnet sind.

"Aus unseren Forschungsergebnissen können wir ableiten, wie Oberflächen generell beschaffen sein müssen, um Wasser und Eis energisch abzustoßen, und sie dann entsprechend designen", sagt Professor Dimos Poulikakos.

Damit irgendwann die Enteisung von Tragflächen überflüssig wird, müsste der Trampolin-Mechanismus allerdings auch bei normalem Luftdruck funktionieren. Die Forscher wollen jedenfalls in den kommenden Jahren Fortschritte in diese Richtung machen.

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