Abgeschlossene Forschungsprojekte
Inhaltsverzeichnis
- EISAB - Aktive eisabweisende Oberflächen auf Rotorblättern
- IKOSEZ - Innovative korrosionsbeständige Ofenwandkonstruktionen von Hochtemperaturanlagen für die Verbrennung von Sekundärbrennstoffen, insbesondere in der Zement- und Kalkindustrie
- PYRO-FUNK - Pyroelektrisch funktionalisierte Schichten zur aktiven Schaltung von Oberflächeneigenschaften
- BIOMINT - Biomimetische Mineralisation für die Technik: Pyroelektrika-basierte Behandlung von Luft und Wasser
- Biomimetische Synthese eisabweisender Oberflächen
EISAB - Aktive eisabweisende Oberflächen auf Rotorblättern
Ziel des Kooperationsprojektes EISAB ist die Entwicklung einer aktiven polymeren Beschichtung zur Vermeidung von Eisbildung und dauerhafter Eisanhaftung an Oberflächen. Das Schichtkonzept kombiniert die Prinzipien des "Tausalzeffektes", verbunden mit ultrahydrophob/hydrophiler Clusterung auf der Nanometerskala mit einer pyroelektrischen Interaktion an der Grenzfläche zum Bauteil. Die drei Wirkprinzipien sollen von den Projektpartnern durch eine geeignete Materialkombination in einer Schicht vereinigt und zu einer neuen Qualität von Anti-Eis-Beschichtungen zusammengeführt werden.
IKOSEZ - Innovative korrosionsbeständige Ofenwandkonstruktionen von Hochtemperaturanlagen für die Verbrennung von Sekundärbrennstoffen, insbesondere in der Zement- und Kalkindustrie
Die Herstellung von Zement ist einer der energieintensivsten Industrieprozesse. Um die Produktion sowohl ökonomischer als auch ökologischer zu gestalten, werden Sekundärbrennstoffe in Form von brennbaren Abfällen zur Deckung des Energiebedarfs eingesetzt. Allerdings kommt es durch deren Einsatz zu einem vermehrten Eintrag von korrosiven Substanzen. Diese tragen zu einer Verkürzung der Lebenszeiten aller Bauteile der Hochtemperaturanlage bei. Das Teilprojekt der TU Dresden "Ofenmantelkorrosion" im Verbund IKOSEZ steht im unmittelbaren Zusammenhang mit Korrosionsschäden, welche in Zementherstellungsanlagen an der Innenwand des stählernen Ofenmantels auftreten. Diese Schäden – wie andere Schadensphänomene an keramischen und metallischen Werkstoffen in den Ofenanlagen auch – gehen auf den erhöhten Sekundärbrennstoffeinsatz und die dadurch verursachten außerordentlich hohen Konzentrationen flüchtiger und aggressiver Salze zurück. Daher ist es ein Ziel dieses Teilprojektes, die am Stahlmantel ablaufenden Korrosionsvorgänge hinsichtlich ihrer Bedingungen, Verläufe und Mechanismen näher zu charakterisieren, und zwar sowohl retrospektiv als auch in situ. Die Verfolgung der Prozesse während des Ofenbetriebes und der Stillstandszeiten ist dabei eine neuartige und aussagekräftige, wenn auch risikobehaftete Herangehensweise. Andererseits zielen die Arbeiten darauf ab, effektive Korrosionsschutzmaßnahmen zu erarbeiten.
PYRO-FUNK - Pyroelektrisch funktionalisierte Schichten zur aktiven Schaltung von Oberflächeneigenschaften
Technische Bauteiloberflächen unterliegen immer wieder der besonderen Gefahr der vollständigen Vereisung. Eine unerwünschte Eisanhaftung an technischen Anlagen ruft verschiedene Probleme hervor, z. B. einen verringerten Wirkungsgrad von Kühlanlagen oder eine Überschreitung konstruktiv bedingter Vorgaben von Bauteilgeometrie und -gewicht. Sie führt oft zu hohen wirtschaftlichen Verlusten der Anlagenbetreiber und in jedem Fall zu kosten- und zeitintensiven Enteisungsmaßnahmen. Durch den Einsatz pyroelektrischer Nanopartikel in einer Oberflächenbeschichtung bietet sich ein völlig neuer Lösungsweg, Eisanhaftung an Bauteiloberflächen zu vermeiden. Pyroelektrizität ist die Eigenschaft bestimmter Materialien, auf eine Temperaturänderung mit einer Änderung der Oberflächenladung zu reagieren. Diese bei Temperaturänderung auftretenden elektrischen Felder können wirksam genutzt werden, um Oberflächenladungen an der Grenzfläche zum anhaftenden Eis zu verändern und Adhäsionskräfte und Kristallisationsvorgänge zu beeinflussen. An der TU Dresden wurde eine neuartige eisabweisende Oberflächenbeschichtung auf der Basis pyroelektrischer Materialien entwickelt, die auf ihre unter Einsatzbedingungen wiederkehrend aktivierbaren, eisabweisenden und adhäsionsminimierenden Eigenschaften validiert und optimiert werden soll.
BIOMINT - Biomimetische Mineralisation für die Technik: Pyroelektrika-basierte Behandlung von Luft und Wasser
Einen Schwerpunkt in diesem Verbundprojekt bildet die Entwicklung eisabweisender und gefrierpunktsenkender Beschichtungen mittels Sol-Gel-Technologie. Dazu kommen elektrisch-polare Kristalle zum Einsatz, die einen Ladungsüberschuss an der Phasengrenze zwischen Festkörperoberfläche und umströmender Flüssigkeit hervorrufen und auf diese Weise die Adhäsion von Wassermolekülen an Oberflächen beeinflussen.
Biomimetische Synthese eisabweisender Oberflächen
Ziel unserer Arbeiten ist die Erzeugung eisabweisender Oberflächen von Metalloberflächen. Dabei sollen Eigenschaften eingestellt werden, die ein antiadhäsives Verhalten gegenüber umströmender Medien bis in den Temperaturbereich des Flüssig-Festphasenüberganges hinein fördern. Die Metalloberflächen werden mit Hilfe der Sol-Gel-Technik funktionalisiert, wobei der Grundcharakter der Schichten durch Kombination verschiedener Solbestandteile variiert wird. Damit können das Hydrophil-/ Hydrophobverhalten der Schichten insgesamt geschaltet sowie Schichten bereichsweise gezielt funktionalisiert werden. In einer biomimetischen Adaption einer hydrophil/ hydrophob gestalteten Membranoberfläche eisnuklierender Bakterien wird durch einige hydrophile Moleküle in der Schicht die Eisbildung lokal zugelassen. Auf diese Weise wird in die Energiebilanz zur Bildung stabiler Eiskristallkeime eingeriffen. So kann der Gefriervorgang gesteuert und ein vollständiges Überfrieren der Oberflächen vermieden werden.
Strukturierungsmöglichkeiten von Al-Werkstoffen als Voraussetzung für die Erzeugung von Ultra-/ Superhydrophobie