Kolloide: Wie Flüssigkeiten durch Krafteinwirkung fest werden

    10. November 2017, 15:12
    22 Postings

    Schweizer Forscher untersuchen Absorptionskräfte

    Zürich – Flüssigkeiten mit darin "schwebenden" Mikroteilchen, Kolloide genannt, könnten helfen, bessere kugelsichere Westen oder Schutzschilde für Satelliten zu entwickeln. Sie werden nämlich beim Aufprall fest und absorbieren die einwirkenden Kräfte. Wie genau, das haben Schweizer Forscher um um Lucio Isa von der ETH Zürich anhand von winzige Siliziumkügelchen, Wasser und Glyzerin untersucht.

    Je nach Intensität und Geschwindigkeit der auftreffenden Kraft absorbieren Kolloide diese anders, so das Ergebnis, von dem die Forscher kürzlich im Fachblatt "PNAS" berichteten. Dabei gibt es einen gewissen Schwellenwert: Ist die Kraft eher schwach, ist die Viskosität der Flüssigkeit entscheidend.

    Das Modell

    "Stellen Sie sich vor, wie die winzigen Glaskügelchen in der Flüssigkeit schweben", sagt Isa. Sobald eine Kraft einwirke, fingen sie an, sich zu bewegen. "Dabei gerät auch die sie umgebende Flüssigkeit in Bewegung, und zwar je nach Viskosität schneller oder langsamer. Diese Bewegung des Fluids sorgt dafür, dass sich das Ganze verfestigt."

    Wenn jedoch eine extrem starke Kraft wie beispielsweise durch den Einschlag einer Gewehrkugel auftrifft, kann sich die Flüssigkeit zwischen den Kügelchen nicht mehr bewegen. Stattdessen verformen sich die Kügelchen. Daher werde die Absorption der Kräfte in diesem Fall vor allem durch die physikalischen Eigenschaften der Kügelchen bestimmt, so Isa. Mit den üblichen mathematischen Modellen ließ sich dies jedoch bisher nicht abbilden.

    Für ihr Modell sammelten die Forscher Daten über die Reaktion der Siliziumkügelchen-Suspension in Wasser und Glyzerin bei einem heftigen Aufprall. Dafür mussten sie aber extrem starke Kräfte im Labor erzeugen.

    Potenzielle Anwendungen

    Um die Kräfte wie beim Aufprall einer Gewehrkugel zu imitieren, überzogen die Wissenschafter einen kleinen Teil der Siliziumpartikel mit Gold. Diese Goldschicht konnten sie mit einem Laser verdampfen und so eine heftige Stoßwelle erzeugen. Diesen "Aufprall" untersuchten sie unter dem Mikroskop mit Hochgeschwindigkeitskameras.

    Die Ergebnisse liefern Grundlagenkenntnisse, die beispielsweise der Entwicklung neuartiger Schutzschilde für Satelliten den Weg ebnen könnten, so Isa. Kolloide könnten so Schäden durch staubkorngroße, extrem schnelle Mikrometeoriten verhindern. (APA, red, 10. 11. 2017)

    Share if you care.