Kaffeering

Als Kaffeering bezeichnet man den ringförmigen Fleck, den ein Tropfen Kaffeegetränk nach dem Trocknen auf glatter Oberfläche hinterlässt. Der Kaffeering ist vom Kaffeerand zu unterscheiden, der durch die Form des Bodens einer Tasse oder eines anderen Gefäßes entsteht, wenn verschütteter Kaffee darunter fließt. Generell tritt der Kaffeering-Effekt auf, wenn aus Tropfen von Lösungen oder kolloidalen Suspensionen auf festen Oberflächen das Lösungsmittel verdunstet.[1][2] So tritt der Kaffeering-Effekt auch bei Flecken auf, die durch eintrocknenden Rotwein oder durch Lack und Tinte verursacht werden. Die nichtflüchtigen Komponenten des Tropfens bilden nach erfolgter Verdunstung des Lösungsmittels eine näherungsweise ringförmige Ablagerung, die die ursprüngliche Kontur des Tropfens nachzeichnet.

Makroaufnahme eines Kaffeerings

Entstehungsmechanismus

Kaffeeringe entstehen, wenn die Ränder der Tropfen während der Verdunstung immobilisiert bleiben und die Verdunstung der Tropfen im sogenannten constant contact radius-Modus erfolgt.[3][4] Da die Verdunstung an den Tropfenrändern am schnellsten erfolgt, die Tropfenränder aber fixiert sind, strömt Flüssigkeit vom Zentrum des Tropfens zu den Rändern nach. Somit bewegen sich auch die im Tropfen enthaltenen nichtflüchtigen Bestandteile von dessen Zentrum zum Rand, wo diese sich abscheiden.[1][2]

Vermeidung der Kaffeering-Bildung

Die Vermeidung der Kaffeering-Bildung hat erhebliche technische Relevanz, etwa für den Tintenstrahldruck in der Herstellung gedruckter Elektronik.[5]

Nach Forschungsergebnissen von Physikern der University of Pennsylvania kann der Kaffeering-Effekt durch die Veränderung der Form der suspendierten Teilchen vermindert werden.[6][7] Überschreitet die Länge der suspendierten Teilchen das Dreifache der Breite, tritt der Kaffeering-Effekt nicht mehr auf.[8][9]

Einzelnachweise
  1. Robert D. Deegan, Olgica Bakajin, Todd F. Dupont, Greb Huber, Sidney R. Nagel, Thomas A. Witten: Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops. In: Nature. Band 389, Nr. 6653, 1997, ISSN 0028-0836, S. 827–829, doi:10.1038/39827.
  2. Dileep Mampallil, Huseyin Burak Eral: A review on suppression and utilization of the coffee-ring effect. In: Advances in Colloid and Interface Science. Band 252, Februar 2018, S. 38–54, doi:10.1016/j.cis.2017.12.008 (elsevier.com [abgerufen am 3. September 2023]).
  3. R.G Picknett, R Bexon: The evaporation of sessile or pendant drops in still air. In: Journal of Colloid and Interface Science. Band 61, Nr. 2, September 1977, ISSN 0021-9797, S. 336–350, doi:10.1016/0021-9797(77)90396-4.
  4. Duyang Zang, Sujata Tarafdar, Yuri Yu. Tarasevich, Moutushi Dutta Choudhury, Tapati Dutta: Evaporation of a Droplet: From physics to applications. In: Physics Reports. Band 804, April 2019, S. 1–56, doi:10.1016/j.physrep.2019.01.008 (elsevier.com [abgerufen am 26. August 2023]).
  5. Laxmidhar Nayak, Smita Mohanty, Sanjay Kumar Nayak, Ananthakumar Ramadoss: A review on inkjet printing of nanoparticle inks for flexible electronics. In: Journal of Materials Chemistry C. Band 7, Nr. 29, 2019, ISSN 2050-7526, S. 8771–8795, doi:10.1039/C9TC01630A (rsc.org [abgerufen am 3. September 2023]).
  6. Das Mysterium des „Kaffeering-Effekts“ ist entschleiert. diepresse.com (17.08.2011), abgerufen am 22. Februar 2012.
  7. astropage.eu. Abgerufen am 22. Februar 2012.
  8. Peter J. Yunker, Tim Still, Matthew A. Lohr, A. G. Yodh: Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions. In: Nature. Band 476, Nr. 7360, August 2011, ISSN 1476-4687, S. 308–311, doi:10.1038/nature10344.
  9. Wouter Sempels, Raf De Dier, Hideaki Mizuno, Johan Hofkens, Jan Vermant: Auto-production of biosurfactants reverses the coffee ring effect in a bacterial system. In: Nature Communications. Band 4, Nr. 1, 23. April 2013, ISSN 2041-1723, S. 1757, doi:10.1038/ncomms2746, PMID 23612298.
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