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Projekt
Modellierung der Ausbreitung, Imbibition und Verdampfung von Flüssigkeiten auf strukturierten oder porösen, verformbaren Substraten
Antragstellerin
Professorin Dr. Tatiana Gambaryan-Roisman
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422792679
Die Ausbreitung, Imbibition und Verdampfung/Verdunstung von Flüssigkeiten auf verformbaren Oberflächen mit Rauheit, Topographie oder mit porösen Beschichtungen ist wichtig für zahlreiche industrielle Anwendungen. Diese Phänomene sind multiskalig und können nicht mit dem makroskopischen Ansatz beschrieben werden, der den Einfluss der intermolekularen Wechselwirkungen nicht berücksichtigt. Das Projekt zielt auf die Entwicklung von Modellen für die Ausbreitung, die Imbibition und die Verdampfung/Verdunstung von Flüssigkeiten auf strukturierten oder porösen verformbaren Substraten ab und berücksichtigt den Einfluss der Oberflächenkräfte, die mit Hilfe des Konzepts des „disjoining pressure“ beschrieben werden. In der ersten Förderperiode wurde die statische und dynamische Benetzung von Tropfen mit einer Höhe, die mit dem Wirkungsbereich der Oberflächenkräfte vergleichbar ist, mithilfe eines auf der Dünnschichttheorie basierenden numerischen Modells untersucht. Es wurde festgestellt, dass, wenn der Nanotropfen sich über ein verformbares Substrat ausbreitet, die „Benetzungsrippe“ eine nicht-monotone Dynamik aufweisen kann. Die Evolution der Form der „Benetzungsrippe“ hängt von den Parametern des „disjoining pressure“ ab. Die kapillargetriebene Strömung entlang eine Ecke wurde untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Oberflächenkräfte die maximale Länge der Rinnsale in offenen Ecken bestimmen. Es ist bemerkenswert, dass die stationären Rinnsale nicht vorhergesagt werden können, wenn die Oberflächenkräfte vernachlässigt werden. In der nächsten Förderperiode werden die entwickelten Modelle erweitert und zur Beschreibung der Flüssigkeitsausbreitung, der Imbibition und der Verdampfung/Verdunstung in Nanoporen, auf verformbaren Oberflächen mit Topographie und inhomogener Verteilung der mechanischen Eigenschaften sowie in Systemen mit dünnen flexiblen Folien, Lamellen und Fasern verwendet. Die Ergebnisse dieser Studien werden es ermöglichen, die Schlüsselphänomene zu bestimmen, die die Imbibition auf der Skala der gesamten porösen Struktur beherrschen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse werden Homogenisierungstechniken zur Berechnung effektiver Transportkoeffizienten angewendet. Diese Transportkoeffizienten werden verwendet, um die Imbibition und Verdampfung/Verdunstung auf strukturierten oder porösen, verformbaren Substraten, die für natürliche Phänomene und technologische Anwendungen relevant sind, auf der makroskopische Skala zu simulieren. Die Ergebnisse der Simulationen werden durch den Vergleich mit experimentellen Daten validiert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
