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pte20190320003 Produkte/Innovationen, Forschung/Technologie

Phasenwechselmaterial enteist Tragflächen

PCM-Untergruppe PSL hat einen höheren Schmelzpunkt als der Gefrierpunkt von Wasser


Wasser kondensiert auf einem dünnen PSL-Film (Foto: Rukmava Chatterjee)
Wasser kondensiert auf einem dünnen PSL-Film (Foto: Rukmava Chatterjee)

Chicago (pte003/20.03.2019/06:10) - Mit einem Phasenwechselmaterial (PCM) ist es Forschern der Ingenieurschule der University of Illinois http://illinois.edu gelungen, Vereisungen 300 Mal länger zu verhindern als mit bisher eingesetzten Beschichtungen. PCM ist bekannt als Handwärmer. Dabei handelt es sich um eine gelartige Masse, eingesperrt in einen Kunststoffbeutel. Wird das Material akustisch angeregt, etwa durch einen Knallfrosch, erstarrt es und entwickelt Wärme. Legt man das Kissen in heißes Wasser, verflüssigt sich das Material, so dass es sich erneut zum Wärmen nutzen lässt.

Funktionsfähigkeit gegeben

"Eis ist gefährlich für Menschen. Außerdem kann es Maschinen zerstören und die Funktionsfähigkeit von technischen Geräten beeinträchtigen", so Sushant Anand, Assistenzprofessor für Mechanik, der zum Team gehört. Aus diesem Grund seien er und seine Kollegen daran interessiert gewesen, ein wirksames Gegenmittel zu finden.

Die Wissenschaftler haben in ihren Tests die PCM-Untergruppe PSL eingesetzt, die einen höheren Schmelzpunkt als der Gefrierpunkt von Wasser hat. Es ist bei Null Grad Celsius also ein Festkörper. Davon gibt es gleich mehrere wie Glycerin (Schmelzpunkt 17,8 Grad Celsius) oder Cyclohexan (6,72 Grad Celsius). Bei Temperaturen unter Null Grad Celsius bleibt eine solche Beschichtung erhalten. Vor allem aber verhindert sie die Bildung von Eis. "Sie bleibt viel länger wirksam als flüssige Enteisungsmittel", sagt Anands Doktorand Rukmava Chatterjee. Mit derartigen Mitteln werden im Winter beispielsweise Flugzeuge eingesprüht, um Eisbildungen während des Starts zu verhindern.

Hauchdünner Film reicht aus

"Bei unseren ersten Versuchen lag die Schichtdicke bei drei Millimetern", erklärt Anand. "Später versuchten wir es mit weitaus dünneren Filmen, und es zeigte sich, dass die Wirkung die gleiche blieb." Das bedeute, dass man beispielsweise die Frontscheiben von Autos oder die Flügel von Windenergieanlagen gegen Frost sichern könne. Eisbildung an Flügeln habe das Potenzial die Anlage zu zerstören, weil es starke Unwuchten gibt. Die dünne Beschichtung hingegen gefährde die Funktionalität nicht.

In Tests haben die Wissenschaftler zudem herausgefunden, dass das Material selbstheilende Eigenschaften aufweist, sehr transparent ist und Verunreinigungen, die beispielsweise bei Regen entstehen, selbstständig entfernen kann. Wird der Schmelzpunkt überschritten, tropft die Schutzschicht allerdings ab und muss vor dem nächsten Frost erneuert werden.

(Ende)
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