Winzige Öltropfen können sich unter bestimmten Bedingungen einer Strömung widersetzen und an Ort und Stelle verharren. Dieses Verhalten wiesen Forschende der Technischen Universität experimentell nach. Grundlage der Experimente war der sogenannte Ouzo-Effekt, bei dem sich fein verteilte Öltröpfchen in einer Flüssigkeit bilden.
Nutzung des Ouzo-Effekts
Der Ouzo-Effekt tritt auf, wenn alkoholische Lösungen mit Wasser verdünnt werden. Die in der Flüssigkeit enthaltenen Öle sind im Alkohol gut löslich, nicht jedoch in Wasser. Sinkt der Alkoholgehalt durch die Zugabe von Wasser, können sich die Öle nicht mehr vollständig lösen und scheiden sich als fein verteilte Teilchen ab, wodurch die Flüssigkeit trüb erscheint.
Dabei zeigte sich, dass einzelne Tropfen entgegen der Fließrichtung stabil positioniert bleiben oder sich sogar stromaufwärts bewegen können. Die Ursache ist eine Differenz der Oberflächenspannung zwischen dem oberen und unteren Bereich des Tropfens. Dieses Gleichgewicht hängt unter anderem von der Tropfengröße, der Position im Kanal, der Flussrate sowie den Eigenschaften der umgebenden Flüssigkeit ab.
Bedeutung für Verfahrenstechnik und Analytik
Das beobachtete Phänomen war laut den Forschenden bislang nicht bekannt und wurde nun erstmals dokumentiert und analysiert. Zwar ist der Effekt nur unter dem Mikroskop mit Hochgeschwindigkeitskamera sichtbar, er könnte jedoch auch in größeren Systemen relevant sein, etwa in Emulsionen, in denen zahlreiche Öltröpfchen in einer Flüssigkeit 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. 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“, so Steffen Hardt, Professor für Nano- und Mikrofluidik an der TU Darmstadt.
Veröffentlichung und Projektbeteiligung
Die Ergebnisse der Studie erschienen online im Journal „Soft Matter“. Die vollständige Ausgabe folgt voraussichtlich Ende Januar; die Arbeit dient zudem als Titelthema der Zeitschrift.
Das Projekt wurde an der TU Darmstadt durchgeführt, ergänzt durch numerische Simulationen der Universität Twente in den Niederlanden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Projekt.
