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FASTER: Untersuchung von Flüssig-Flüssig-Grenzflächen



Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Emulsionen spielen in vielen Bereichen der Industrie eine wichtige Rolle, so in der Lebensmittelproduktion, der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Ölindustrie. Ein Problem der Emulsionstechnologie ist die Kontrolle deren Stabilität. Denn viele dieser speziellen Mischungen müssen in Lebensmitteln, Kosmetika und pharmazeutischen Produkten lange Zeit hochstabil bleiben. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Emulsionswissenschaft sowohl aus Ergebnissen der klassischen physikalisch-chemischen Grundlagenforschung an Oberflächen als auch von neuerdings durchgeführten Experimenten unter Schwerelosigkeit profitiert. Forscher wollen vor allem wissen, welche Effekte an den Grenzflächen der sich vermischenden Flüssigkeiten ablaufen. Die Eigenschaften dieser sogenannten Flüssig-Flüssig-Grenzflächen spielen eine Schlüsselrolle im Verhalten von Emulsionen, insbesondere bezüglich ihrer Stabilisierung oder Destabilisierung. Emulsionen sind Mixturen aus zwei sich nicht ohne weiteres zu vermischenden, eigentlich ineinander unlösbaren Flüssigkeiten, bei dem die eine in Form kleiner Tröpfchen in der anderen verteilt ist. Die Flüssigkeiten mischen sich nicht freiwillig, sondern benötigen dazu ein Hilfsmittel: Erst wenn man Tenside – also beispielsweise Spülmittel – hinzugibt, vermengen sich die beiden Flüssigkeiten sehr fein. Die Tensidmoleküle reichern sich auf der Oberfläche der emulgierten Tröpfchen an und stabilisieren die Mischung. Auch die dynamische Elastizität der Grenzflächen – die sogenannte dynamische Oberflächenspannung – nimmt Einfluss auf die Stabilität einer Emulsion. Weil Auftrieb oder Absinken der emulgierten Tröpfchen in der Schwerelosigkeit verhindert wird, bietet die Weltraumforschung eine einzigartige Möglichkeit, Untersuchungen aller grundlegenden Mechanismen (Ostwald-Reifung, Koaleszenz und Aggregation) im Zusammenhang mit der Stabilität von Emulsionen durchzuführen.

Experimentbeschreibung:

FASTER ist ein Tensiometer zur Messung der dynamischen Eigenschaften von WasserÖl- Grenzflächen an einzelnen, suspendierten Tropfen. In der Anlage wird ein Tropfen (zum Beispiel Wasser) in einer mit Matrixflüssigkeit (zum Beispiel Öl) gefüllten Kammer erzeugt. Anschließend wird ein oberflächenaktiver Stoff injiziert. Ein Piezoelement erzeugt periodische Druckänderungen in der Matrixkammer, die das Tropfenprofil verändern. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen Tropfen und Matrix mit Sensoren detektiert und das Tropfenprofil mit einer Videokamera aufgezeichnet. Die Wissenschaftler werden 22 Proben unterschiedlicher Zusammensetzung bei drei verschiedenen Temperaturen und drei unterschiedlichen Amplituden der Druckänderung vermessen. Die FASTER-Apparatur ist ein Experimenteinschub für das European Drawer Rack (EDR) im Columbus-Modul und wird am Microgravity User Support Center (MUSC) des DLR in Köln betrieben.


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