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Projekt
Dynamisches benetzen und entnetzen von viskosen flüssigen Tropfen/Filmen auf viskoelastischen Substraten
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Ralf Seemann; Professorin Barbara Agnes Wagner, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422786086
Wenn sich eine flüssige Morphologie über ein (visko)elastisches Substrat bewegt, sind die Reibungskräfte im Substrat sowohl an der Stelle der größten Substratverformung, d.h. an der Dreiphasen-Kontaktlinie, als auch an der sich bewegenden Grenzfläche der Schlüssel zum Verständnis der Energiedissipation und der Form der Entnetzungsmorphologien. Im Gegensatz zu flüssigen Substraten hat die lokale Verformung eines festen viskoelastischen Substrats immer eine globale Auswirkung auf den Zustand des Substrats und die daraus resultierenden Dehnungen sind permanent. Ziel ist die Entwicklung mathematischer Modelle und numerischer Algorithmen für Zweischichtsysteme, die die Hydrodynamik und das viskoelastische Randwertproblem mit geeigneten Grenzflächenbedingungen einschließlich der intermolekularen Kräfte koppeln, die auf experimentellen Skalen relevant werden, um die Auswahl der spinodalen Moden und den Aufbrechprozess sowie die Entnetzungsdynamik und die Randwulstformen von einfachen Flüssigkeiten auf festen, viskoelastischen Substraten bis hin zu weichen Polymergelen vorherzusagen. Insbesondere für sehr weiche Substrate erwarten wir Effekte wie Entmischung, die durch die Einführung zusätzlicher entropischer Beiträge zur möglicherweise nichtlinearen Elastizität und durch Hinzufügen einer freien Mischenergie zur gesamten freien Energie des weichen Polymergels erfasst werden. Parallel dazu werden dieselben Fragen experimentell betrachtet, indem nanoskopisch dünne Polystyrolfilme untersucht werden, die von Polydimethylsiloxan-Netzwerken entnetzen, und mittels Rastersondenmikroskopie abgebildet werden; die elastischen Eigenschaften der Substrate überbrücken dabei drei Größenordnungen bis ≤ 1 kPa. Ein quantitativer Vergleich dieser experimentellen Ergebnisse als Funktionen systematisch variierter und ggf. lokal aufgelöster viskoelastischer Eigenschaften soll ein detailliertes und grundlegendes Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse ermöglichen und Effekte, die in der Literatur noch sehr kontrovers diskutiert werden, bestätigen oder widerlegen. Dies betrifft u.a. die Existenz des sog. Shuttleworth-Effekts für das betrachtete experimentelle System und die mögliche Entmischung der quervernetzten Elastomermatrix von den unvernetzten Molekülen aus demselben Material, die für steife Substrate und die hier zu betrachtenden Längenskalen bisher nicht beobachtet wurde.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
