Oberflächen mit den Eigenschaften von Flüssigkeitsdioden

Was wäre, wenn die Hülle einer Pille den Inhalt des Magens auf Krankheitserreger untersuchte? Impfstoffe schmerzlos über ein Hautpflaster verabreicht würden? Eine Windel den Urin gegen die Schwerkraft vom Babypo wegleiten würde und kompostierbar wäre? Die Haut von Robotern Flüssigkeit aufnähme und verarbeiten könnte? Alles noch Zukunftsmusik. Flüssigkeiten in geregelte Bahnen zu lenken spielt aber jetzt schon in vielen Bereichen der Technik eine entscheidende Rolle. So werden z.B. Wasser und andere Flüssigkeiten zu erwärmten Bauteilen geleitet, um diese zu kühlen, und Öle vermindern Reibungsverluste in Lagern. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, Management von Flüssigkeiten auf Oberflächen effizienter, günstiger und leistungsfähiger zu machen sowie mit Hilfe von ungewöhnlichen Kunststoffen neue Anwendungsfelder zu erschließen. Dabei dient die Natur als Inspirationsquelle, da Tiere Strategien entwickelt haben, um Flüssigkeiten zu lenken. Bestimmte Echsen, Käfer und Flöhe tun dies sogar passiv, d.h. ohne Energie zu verbrauchen. Sie verwenden dazu Mikrokanäle, die periodisch ihren Querschnitt ändern, wobei diese Variation in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung unterschiedlich abläuft. Bemerkenswerterweise fließt die Flüssigkeit darin in eine Vorzugsrichtung und das sogar gegen die Schwerkraft. In Analogie zur Elektronik setzte sich der Begriff Flüssigkeitsdioden für Bauteile mit solchen Eigenschaften durch. Es stellt sich nun die Frage, ob dieses Funktionsprinzip auf biegsame, dehnbare oder sogar kompostier- und essbare Oberflächen übertragbar ist. Wenn ja, muss geklärt werden, wie der Flüssigkeitstransport durch die Materialeigenschaften beeinflusst wird, z.B. ob er weiterhin gerichtet ist, wenn das Bauteil gebogen oder gedehnt wird. Dabei kommt einem robusten Haltemechanismus in Rückwärtsrichtung eine Schlüsselrolle zu. Es wäre besonders interessant, wenn sich Flüssigkeit in beidseitig offenen Kanälen d.h. nur an den Wänden hängend gerichtet bewegt. Damit würde der Kontakt zur Umgebung vergrößert und so der chemische und physikalische Austausch erhöht werden. Vorbilder aus der Natur können den Flüssigkeitstransport über Muskeln in Gang setzen. Im Projekt sollen dazu Chemikalien, Zugkräfte oder elektrische Spannung dienen. Modell-basierte Ansätze helfen bei der Umsetzung der Ziele: die Kanaldimensionen können so auf bestimmte Material- Flüssigkeitspaarungen zugeschnitten werden. Modernste Technologien wie 3D-Druck und Laser- Gravur sowie konventionelles Abformen kommen zum Einsatz, um Demonstratoren herzustellen. Qualitätsuntersuchungen erfolgen übermikroskopische Methodenwiez.B. optische Kohärenztomografie. Zur Charakterisierung dient ein eigens erstellter Algorithmus; er ermittelt aus Videos die benetzte Fläche, die zurückgelegte Distanz, die Asymmetrie der Benetzung und deren Form im Zeitverlauf. Untersucht werden der Einfluss von Biegung, Dehnung, Schwerkraft, elektrischer Spannung und chemischer Zusammensetzung auf diese Parameter.