Soft Matter Dynamics
Bewegung von Granulaten verstehen – industrielle Prozesse verbessern
Granulare Medien sind Granulate, die aus kleinen Partikeln bestehen. Im ESA Experiment Soft Matter Dynamics (SoMa-Dy) soll die Dynamik dieser granularen Materie erfasst und beschrieben werden. Als nationale Beistellung werden im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements Probenzellen (CompGran) für die Soft Matter Dynamics-Anlage gefertigt. In diesen wird die Dynamik verschieden dichter Granulate untersucht. Diese Dynamiken sind in industriellen Prozessen, beispielsweise bei der Verarbeitung von Getreide und Kunststoff-Granulat, von großer Bedeutung. Da sich diese Granulate auf der Erde unter dem Einfluss der Schwerkraft sehr schnell am Boden ablagern, kann deren Dynamik nur unter Schwerelosigkeit untersucht werden. Die Bewegung der Granulate wird mit der sogenannten dynamischen Lichtstreuung untersucht. Dabei wird das an einzelnen Partikeln gestreute Licht gemessen, um Informationen über die Partikelgröße und -dynamik zu erhalten. Besonders interessant sind die Übergänge zwischen den verschiedenen Zuständen der granularen Medien – zum Beispiel vom flüssigkeitsartigen Verhalten zu einem erstarrten Zustand. Denn verhält sich ein granulares Medium zunächst ähnlich einer Flüssigkeit, blockieren sich die Granulat-Teilchen bei einer geringfügigen Vergrößerung der Packungsdichte gegenseitig und hindern sich an der weiteren Bewegung. In Bodenreferenzmessungen soll die Untersuchungsmethode „dynamische Lichtstreuung“ zunächst weiterentwickelt und generell für granulare Medien etabliert werden. Dazu werden Simulationen und dynamische Lichtstreuung an Referenzsystemen eingesetzt und durch Röntgenradio- und Röntgentomografemessungen ergänzt. Die Ergebnisse sollen dann auf Experimente an Bord der ISS übertragen werden.
Granulate sind neben Flüssigkeiten mengenmäßig die am meisten verarbeiteten Güter. Die In-situ-Überwachung von Industrieprozessen, in denen Granulate vorkommen, ist aufgrund fehlender Analyseverfahren immer noch sehr schwierig. Mit diesen Experimenten soll einerseits das Verhalten von Granulaten entschlüsselt und dessen theoretische Beschreibungen ermöglicht werden. Andererseits werden Messverfahren für die In-situ Analyse granularer Medien entwickelt, die auch für die industrielle Prozessüberwachung von großem Interesse sind.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Thomas Driebe · E-Mail: thomas.driebe@dlr.de · DLR.de
