Nanostrukturierung metallischer Oberflächen

Unter entsprechenden atmosphärischen Bedingungen kann es zum Anhaften von Schnee/Eis bzw. zum Vereisen auf der Oberfläche von Komponenten, die im Freien eingesetzt werden, kommen. Dies betrifft beispielsweise Photovoltaik- oder Windkraftanlagen, Messgeräte, sowie viele andere Komponenten und Anlagen. Dieses Anhaften von Schnee/Eis bzw. das Vereisen von Oberflächen kann aber u.U. ein schwerwiegendes Problem darstellen, weil dadurch die Funktionalität des betroffenen Systems eingeschränkt werden kann, beispielsweise durch eine Veränderung der Masse oder des aerodynamischen Verhaltens. Aus diesem Grund werden bereits seit längerem unterschiedlichste Verfahren, die eine derartige Eisbildung bzw. das Anhaften von Schnee/Eis verhindern sollen, eingesetzt. Vielfach werden dazu Chemikalien, Heizelemente oder bestimmte Luftführungen verwendet. Der Einsatz chemischer Substanzen kann aber eine Umweltbelastung darstellen oder es kann durch Heizsysteme der Wirkungsgrad vermindert werden. Wir nehmen an, dass sich hydrophobe bzw. superhydrophobe Eigenschaften von Probenoberflächen positiv auf eine Verminderung des Anhaftens von Eis/Schnee auswirken. Mit Hilfe eines Ultrakurzpulslasers werden wir Nanostrukturen auf technischen Oberflächen erzeugen, um damit das Anhaften von Schnee/Eis zu vermeiden, zu erschweren oder zumindest das Entfernen von Eisschichten, die sich dennoch auf der Oberfläche gebildet haben können, zu erleichtern. Dazu werden wir Proben aus unterschiedlichen Werkstoffen (Metalle, Gläser, faserverstärkte Kunststoffe, etc.) mit Hilfe eines Ultrakurzpulslasers (UKPL) mit unterschiedlichen Nanostrukturen versehen. Ausbildung und Periodizität der erzeugten Strukturen auf den Proben werden vermessen und Auswirkungen der Strukturierung auf das hydrophobe Verhalten durch Messung des Kontaktwinkels untersucht. Durch gezielte Vereisung von Proben unter definierten Bedingungen (Temperatur, Windgeschwindigkeit, Tröpfchengröße, etc.) erwarten wir, zu einem besseren Verständnis der Zusammenhänge zwischen der erzeugten Oberflächenstruktur und dem hydrophoben Verhalten der Proben und dem Anhaften von Schnee/Eis zu gelangen.

Aus dem Sparkling-Science-Projekt "QILP - Qualitätssicherung beim Laserstrahlschneiden mittels in-situ-Polarisationsmessung"

LINK zum Projekt

• Daten von Betreibern von Windkraftanlagen, Brücken, Kränen, Oberleitungen, aber auch Flugzeugen etc. zur Eisbildung auf Oberflächen sollen erhoben werden. Diese Informationen der Betreiber sollen in einem nächsten Schritt mit regionalen Wetterdaten der ZAMG oder anderer Wetterdienste (oder auch mit Daten der Betreiber) verknüpft werden. Damit kann die Häufigkeit und Auswirkungen solcher Vereisungen an bestimmten Standorten mit den jeweils vorherrschenden Wetterbedingungen verknüpft werden.

• Ausgezeichnete (aber anspruchsvolle) Einführung in ultrakurze Laserpulse (Englisch)