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Fluiddynamik: Nanopartikel erzeugen Dampf mit Sonnenlicht

Gasblasen

Nanopartikel erzeugen Dampf direkt aus kaltem Wasser, ohne den Flüssigkeitskörper zu erhitzen. Nach den Ergebnissen eines Teams um Naomi Halas von der Rice University in Houston setzen Licht absorbierende Nanopartikel mehr als 80 Prozent des eingestrahlten Sonnenlichts direkt in Dampf um, während die Erwärmung des Flüssigkeitskörpers gering ausfällt. Ursache ist nach Angaben der Forscherinnen, dass die absorbierte Sonnenenergie wesentlich schlechter von der Flüssigkeit abgeleitet wird, als makroskopische Modelle erwarten lassen. Auf diese Weise könnte man Dampf deutlich schneller und effizienter erzeugen als durch siedende Flüssigkeiten.

Nanoteilchen, die kleiner sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, absorbieren dieses sehr effektiv durch elektronische Zustände an ihrer Oberfläche, so genannte Plasmonen. Dabei heizt sich die "Haut" der Partikel extrem auf und erzeugt eine winzige Dampfblase. Blasen dieser Größe kollabieren unter normalen Umständen sofort wieder und geben ihre Energie komplett an die umgebende Flüssigkeit ab. Da jedoch das Nanoteilchen im Zentrum kontinuierlich Sonnenenergie in Hitze verwandelt, existieren die Blasen lange genug, um an die Oberfläche zu gelangen und zu entweichen. Im Experiment genügten zehn Minuten Sonneneinstrahlung, um den Gasraum über einem Wasserbehälter mit 150 Grad Celsius heißem Dampf zu füllen, ohne dass die Flüssigkeit den Siedepunkt erreichte.

Das Team um Halas verwendete für die Versuche zwei unterschiedliche Arten von Nanopartikeln, zum einem geschichtete aus Gold und Siliziumdioxid, zum anderen extrem feine Rußpartikel. Nach ihren Angaben funktionierte das Prinzip mit beiden Arten von Nanopartikeln, jedoch heizen sie die umgebende Flüssigkeit unterschiedlich stark auf. Die Forscher hoffen nun, das Prinzip auf industrielle Prozesse mit Heißdampf anwenden zu können, zum Beispiel die Sterilisierung medizinischer Geräte oder die destillative Trennung von Flüssigkeiten.

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