Analysis of self-assembled monolayer coating and the influence on dropwise condensation

Das Phänomen der Tropfenkondensation, sowie der damit verbundene hohe Wärmeübertragungskoeffizient, haben ein großes Potential für die Optimierung industrieller Kondensationsprozesse. Ein wesentlicher Parameter der Kondensationsoberfläche bei der Tropfenkondensation ist der Kontaktwinkel eines Flüssigkeitstropfens auf einer Oberfläche. Insbesondere bei Arbeitsmedien mit geringen Oberflächenspannungen, sind niedrige Oberflächenenergien notwendig, um Tropfenkondensation zu realisieren. Selbst-aggregierende Monoschichten (SAM) auf der Basis von Phosphonsäure stellen eine Möglichkeit zur Herstellung von hydrophoben Oberflächen dar, welche auch bei Instandhaltung nachträglich aufgebracht oder erneuert werden können. Der Einfluss derartiger Beschichtungen auf das Verhalten von Kondensationssystemen wird untersucht.
Ein hoher Kontaktwinkel kennzeichnet die hydrophobe Eigenschaft einer Oberfläche, welche mit Hilfe von SAM durch ein auf Phosphonsäure basierendes nass¬chemisches Verfahren erzeugt wurde. Durch eine Kombination von künstlich eingestellter Rauigkeit und SAM-Beschichtung ist es möglich Kontaktwinkel in einem weiten Spektrum gezielt einzustellen. Dies eröffnet die Möglichkeit, individuell auf den Kondensationsprozess und Dampfgehalt angepasste Funktionsflächen zu fertigen.
Besonders hohe Kontaktwinkel wurden auf Proben mit hoher Rauigkeit und bei SAM mit langen Kohlenstoffketten gemessen. Aufgrund des nasschemischen Beschichtungsverfahrens können beliebige Geometrien, wie beispielsweise innen-berippte Rohre und Hohlstrukturen, behandelt werden. Dies ermöglicht die gezielte Beeinflussung der Wärmeübertragungseigenschaften und des Kondensat-Ablaufes in einer Struktur. In einem integralen Versuchsstand wird der Einsatz dieser neuartigen Wärmeübertragerflächen mit hoher Auflösung untersucht.