FemtoPlat: Verdampfung und Kondensation in Plattenwärmeübertragern mit funktionalisierten Oberflächen aus einem Femtosekundenlaserprozess

Obwohl Plattenwärmeübertrager (PWÜ) vor langer Zeit entdeckt wurden, unterliegen sie seit mehr als 30 Jahren einer stetigen Weiterentwicklung. Dank ihrer kompakten Bauform, hohen Wärmeübertragungskoeffizienten und ihres niedrigen Verschmutzungsgrades kommen sie in zahlreichen wissenschaftlichen und technischen Bereichen zum Einsatz. Zudem weisen Wärmeübertrager diverse Vorteile, die mit den Oberflächeneigenschaften des Trägers verbunden sind, in diesen Bereichen auf. So lässt sich dessen Oberfläche beispielsweise mit ultrakurzen hoch-energetischen Femtosekundenlaserpulsen bearbeiten, welche eine hohe Wärme in ein genau definiertes Gebiet einbringen und auf diese Weise die Oberfläche des PWÜ strukturieren.

Im Projekt FemtoPlatt geht darum, die Effizienz von PWÜ durch eine mittels Femtosekundenlaser-strukturierte metallische Oberfläche zu steigern. Darüber hinaus lässt sich die metallische Oberfläche mittels Femtosekundenpulsen nicht nur physikalisch funktionalisieren, sondern auch von Fremdatomen einlegieren. Auf diese chemischen und physikalischen Änderungen im nano- und mikroskaligen Bereich ist die Wärmetauschleistung auf der Makroskala zurückzuführen.

Während die Arbeitsgruppe Materialfunktionalisierung am EST die Oberflächenstrukturen, wie z.B. konische Spitzen, Mikrogräben, -säulen und -rippen, herstellt und deren Topographien, Materialzusammensetzungen sowie Benetzungsverhalten charakterisiert, führt die Arbeitsgruppe an der LU Hannover experimentelle Untersuchungen zur Effizienz dieser funktionalisierten Oberflächen durch. Im Endeffekt zielen beide Arbeitsgruppen auf die Herstellung und ganzheitliche Untersuchung eines Verdampfers und Kondensators, welcher aus mehreren strukturierten Platten besteht.