Research

Forschungsschwerpunkte: Blasendynamik und Sonolumineszenz, Kavitation, Mikro- und Nanofluidik, Zwei-Phasen-Strömung und Ultraschall-Akustik

Detlef Lohse ist Physiker und Strömungsforscher. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen Blasendynamik und Sonolumineszenz, Kavitation, Mikro- und Nanofluidik, Zwei-Phasen-Strömung und Ultraschall-Akustik. Ihm gelang es, das seit 1934 unerklärte physikalische Phänomen der Sonolumineszenz aufzuklären, bei dem eine Flüssigkeit unter starken Druckschwankungen kurze, hochenergetische Lichtblitze aussendet.

Lohse und seine Ko-Autoren konnten ein Phasendiagramm des Phänomens erstellen und erklären das Leuchten als thermische Bremsstrahlung. Auslöser des Phänomens ist die so genannte Kavitation – die Bildung und Auflösung von gasgefüllten Hohlräumen in Flüssigkeiten – die mit Ultraschall künstlich erzeugt werden kann. Die neuen Hohlräume dehnen sich zuerst schnell aus, um anschließend zu implodieren. Beim Kollaps der Hohlräume entstehen ein kurzer Lichtblitz und Temperaturen von über 10.000 °C. Lohse erforschte das physikalische Phänomen an einer einzelnen leuchtenden Kavitationsblase, die er in einem Ultraschallfeld über längere Zeit stabil halten und untersuchen konnte.

Seine Faszination für unerklärte physikalische Phänomene hat Brücken zu einer Reihe anderer Disziplinen geschlagen. So kann die durch Ultraschall erzeugte Sonolumineszenz-Blase als ,,Mikrolabor“ genutzt werden, in dem kurzfristig sehr hohe Temperaturen erreicht und chemische Reaktionen in Gang gesetzt oder beschleunigt werden. Neben solchen sonochemischen Anwendungen auch im industriellen Maßstab führten Lohses Erkenntnisse zum Beispiel zur Verbesserung von Tintenstrahldruckern. In besonderem Maße profitiert dabei die Medizin: Seit einiger Zeit werden intravenös verabreichte Suspensionen von Mikroblasen als Kontrastmittel für Ultraschalldiagnostik verwendet. Ermöglicht durch die von Lohse gewonnenen Erfahrungen lässt sich das „Design“ der verwendeten Blasen gezielt anpassen, um die Qualität der Ultraschallbilder beträchtlich zu verbessern.

Der Strömungsforscher, der sowohl theoretisch als auch experimentell arbeitet, wies die von ihm beschriebene Sonolumineszenz auch im Tierreich nach. So erzeugt der Knall des im Meer lebenden Pistolenkrebses ebenfalls Lichtblitze.

Detlef Lohse widmet sich darüber hinaus weiteren ungelösten hydrophysikalischen Fragestellungen, etwa dem Verhalten von körnigen Stoffen in Treibsand und Einschlagkratern. So genannte Granulate wie Sand, Erde, Getreidekörner oder ähnliche körnige Stoffe sprengen die Vorstellungen von den klassischen Aggregatzuständen und verhalten sich in ihrer Masse sowohl wie Festkörper als auch wie Flüssigkeiten. Das überraschende Verhalten der granularen Materie ist aus dem Alltag oder dem Labor bekannt, aber in vielen Fällen noch nicht abschließend theoretisch erklärt. Das Verhalten granularer Materie besser zu erforschen und vorherzusagen, ist eine wichtige theoretische Voraussetzung beispielsweise für die Verhinderung von Erdrutschen nach Überschwemmungen oder Erdbeben, oder für industrielle Fertigungsprozesse und Lagerhaltung körniger Stoffe in Silos oder auf Halden.

Werdegang

• seit 2016 Co-Direktor, Max Planck-University of Twente Center for Complex Fluid Dynamics, Enschede, Niederlande
• seit 2015 Wissenschaftliches Mitglied, Max-Planck-Gesellschaft und Auswärtiges Mitglied, Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen
• 2013 Lehrauftrag, Baetjer Colloquium, Fachbereich Maschinenbau und Raumfahrttechnik, Princeton University, New Jersey USA
• 2005 Gastprofessur, École Normale Supérieure, Lyon, Frankreich
• seit 1998 Professor für Hydrodynamik, University of Twente, Niederlande
• 1997 Habilitation, Philipps-Universität Marburg
• 1995-1998 Forschungsassistent, Fachbereich Physik, Philipps-Universität Marburg
• 1993-1995 Postdoc-Forschungsassistent, James Francklin Institute, University of Chicago, Illinois, USA
• 1992-1993 Forschungsassistent im Fachbereich Physik, Philipps-Universität Marburg
• 1992 Promotion, Philipps-Universität Marburg
• 1989 Diplom in Physik, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
• 1986 Vordiplom in Physik, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU)

Funktionen

• 2014-2024 Mitglied, Niederländische Organisation für Wissenschaftliche Forschung
• seit 2007 Vorstandsmitglied, Stiftung zur Fundamentalen Untersuchung der Materie (FOM), Niederlande
• 2002-2005 Mitglied, Rat der Niederländischen Physikalischen Gesellschaft
• seit 1990 Mitglied, Auswahlkommission, Studienstiftung des Deutschen Volkes

Projekte

• seit 2016 DFG-Projekt „Manipulation von Strukturen und Superstrukturen in turbulenter Rayleigh-Bénard und Taylor-Couette Strömung mit Hilfe streifiger Wandrauheit“, Teilprojekt zu „SPP 1881: Turbulent Superstructures“
• seit 2016 DFG-Projekt „Über den Einfluß der Gross-skaligen Zirkulation auf den Übergang zum "Ultimate state" in turbulenter thermischer Konvektion“, Teilprojekt zu „SPP 1881: Turbulent Superstructures“

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

• 2019 Max-Planck-Medaille, Deutsche Physikalischen Gesellschaft
• 2018 Balzan-Preis für Fluiddynamik, Internationale Balzan-Stiftung
• 2017 Fluid Dynamcis Prize, American Physical Society (APS), USA
• seit 2017 Mitglied der National Academy of Engineering, USA
• 2016-2020 Honorary Chair für Fluid Mechanics and Engineering, Tsinghua University, Peking, China
• 2015 Reiss Memorial Lecture, Northwestern University, Evanston, Illinois, USA
• 2012 George K. Batchelor Preis, Internationale Union für Theoretische und Angewandte Mechanik (IUTAM)
• 2012 AkzoNobel-Wissenschaftspreis
• 2012 Wim Nieuwpoort-Auszeichnung für Wissenschaftliches Rechnen
• 2011 Physica-Preis, Niederländische Physikalische Gesellschaft (NNV)
• 2010 ERC Advanced Grant, European Research Council (ERC)
• 2010 Ernennung zum Ritter des Ordens vom Niederländischen Löwen durch die Königin der Niederlande
• 2009 Simon Stevin Masterhip-Preis, SWT-Stiftung der Niederländischen Organisation für Wissenschaftliche Forschung (NWO)
• 2009 Gutachter-Preis, Fachzeitschrift Physical Review Letters
• 2005 George K. Batchelor Lectures, University of Cambridge, UK
• 2005 Spinoza-Preis, Niederländische Organisation für Wissenschaftliche Forschung (NWO)
• seit 2005 Mitglied der Königlich Niederländischen Akademie der Wissenschaften
• seit 2004 Mitglied des Institute of Physics (IOP)
• seit 2002 Mitglied der American Physical Society (APS), Abteilung Hydrodynamik, USA
• seit 2002 Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina
• 1997 Heinz Maier-Leibnitz-Preis, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
• 1997 Heisenberg-Stipendiat, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
• Stipendiat der Studienstiftung des Deutschen Volkes