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Dunkle Ringe auf Oberflächen Kaffeerand-Effekt enträtselt

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CFalk/pixelio

US-Physiker enträtseln die Entstehung der typischen Kaffeeringe und finden heraus, wie sich diese vermeiden lassen. Die Analyse nützt der Entwicklung von Tinten und gleichmäßigen Beschichtungen.

Wenn verschüttete Kaffeetropfen eintrocknen, hinterlassen sie einen charakteristischen dunklen Ring an ihrem Rand. Das liegt an der Art, wie der Tropfen verdunstet: Auf den meisten Oberflächen bleibt die Kante des Tropfens fest – er kann also nicht schrumpfen, während er eintrocknet. Durch die Verdunstung wird der Tropfen daher immer flacher, so dass das verbleibende Wasser – und alles in ihm – nach und nach an den Rand gedrückt wird. Wenn der Tropfen schließlich ganz verdunstet ist, haben nahezu sämtliche Kaffeepartikel in ihm den Rand erreicht und setzen sich dort als typischer Ring ab.

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Kugelförmige Partikel wandern an den Rand, elliptische verteilen sich gleichförmig.

(Foto: Felice Macera, University of Pennsylvania/dpa)

"Der Kaffeeringeffekt kommt im Alltag sehr häufig vor", erläutert Doktorand Peter Yunker aus der Forschergruppe in einer Mitteilung seiner Universität. Der Effekt ist unter anderem störend bei Farben und Beschichtungen, die sich möglichst gleichmäßig auf dem Untergrund verteilen sollen. Wissenschaftler hätten bereits große Anstrengungen unternommen, um das Phänomen zu vermeiden, betont Yunker. "Wir haben herausgefunden, dass der Effekt einfach ausgeschaltet werden kann, indem man die Form der Partikel ändert."

Denn nur runde Partikel wandern im trocknenden Tropfen an den Rand. Sie lösen sich leicht von der Wasser-Luft-Grenzfläche an der Oberseite des Tropfens. Elliptische Partikel dagegen formen wellenförmige Rippel an der Tropfen-Oberfläche, wovon sie sich nur schwer lösen. Die Physiker untersuchten das mit winzigen Plastikkügelchen, die sich zu unterschiedlich starken Ellipsoiden verformen ließen. "Sobald man die kugelförmigen Partikel um etwa 20 Prozent streckt, lagern sie sich gleichmäßig ab", berichtet Yunker.

Anregung für neue Beschichtungsmethoden

Auf diese Weise ließen sich neue Beschichtungsmethoden entwickeln, glauben die Forscher. Denn auch mit einer Prise elliptischer Partikel unter ähnlich großen kugelförmigen lässt sich die Wanderung zum Rand verhindern – die Ellipsoide versperren dabei den Kügelchen den Weg und halten sie so fest. "Es gibt eine Menge Gelegenheiten, bei denen man sich gleichmäßige Beschichtungen wünscht”, unterstreicht Yunker. "Diese Arbeit wird Leute anregen, sich neue Wege dafür zu überlegen."

Nachzulesen sind die Erkenntnisse der Forscher um Arjun Yodh von der Universität von Pennsylvania (USA) im britischen Fachjournal "Nature".

Quelle: n-tv.de, dpa

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