Temperatur und Druck sichtbar machen

Chemiker entwickeln neuartige, umweltfreundliche Farben für Messungen im Windkanal.

Die Verteilung des Oberflächendrucks und der Oberflächentemperatur bei Flugzeugen oder Automobilen kann durch Windkanaltests gemessen werden. Für Forschungen im Bereich der Aerodynamik sind diese Tests von zentraler Bedeutung. Im Rahmen der Tests wurden bislang zumeist Farben verwendet, die entweder temperatur- oder druckempfindlich sind. In der Regel sind solchen Farben extrem giftige Substanzen beigemischt, die spezielle Sicherheitsvorkehrungen erforderlich machen. Zudem können sie nach einem Windkanaltest nur durch ein aufwendiges Verfahren wieder entfernt werden.

Abb.: Druckempfindliche Farben eignen sich hervorragend für Messungen im Windkanal. Die roten Stellen zeigen die Bereiche, auf die der größte Druck einwirkt. (Bild: DLR)

Ein Forscherteam um Otto Wolfbeis vom Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik der Universität Regensburg hat in diesem Zusammenhang nun wasserlösliche und umweltfreundliche Farben entwickelt. Mit ihrer Hilfe können sowohl die Druck- als auch die Temperaturverteilungen auf den Oberflächen von Flugzeugen und Automobilen gleichzeitig gemessen werden. Die Farben sind darüber hinaus leicht abwaschbar und bieten hervorragende Messeigenschaften.

Die Regensburger Chemiker benutzen dafür fluoreszierende Sonden, die in Mikro- bzw. Nanopartikel eingebettet vorliegen. Durch das Auftragen oder Aufsprayen einer wässrigen Suspension der gefärbten Partikel auf Aluminiumoberflächen entsteht eine gleichmäßige dünne Schicht mit großer Stabilität und Haftungskraft. Auf weitere Bindungs-Polymere und auf giftige Lösungsmittel kann verzichtet werden. Die Messsonden in der Farblösung können durch LEDs oder durch Laser bei einer Wellenlänge von 405 nm aktiviert werden und liefern so über deren Fluoreszenz eine bildhafte Darstellung der Verteilung des Oberflächendrucks und der Oberflächentemperatur.

Robert Crutchley, Professor an der Carleton University in Kanada und Experte auf dem Gebiet der Sensorik, ist von dem bedeutenden Nutzen der neuen Sensorfarben überzeugt: "Die Technologie für gleichzeitige Messungen des Oberflächendrucks und der Oberflächentemperatur existierte schon vorher, aber noch niemand hat es auf diese Weise versucht. Das ist ein wirklich innovativer Ansatz für die Anwendung von druckempfindlichen Farben."

Die Wissenschaftler wollen nun die Reaktionszeit der Sonden verbessern. "Die Luftfahrt- und Automobilindustrie will Sensorfarben, die Ansprechzeiten im Millisekunden-Bereich aufweisen", so Wolfbeis. "Derzeit erreichen wir etwas weniger als einer Sekunde."

Universität Regensburg

AL