Substrat- und Tropfendynamik bei Tropfenaufprall und Koaleszenz auf weichen adaptiven Oberflächen

• Antragstellerin: Dr. Kirsten Harth
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422792849

Alltäglich trifft man Situationen an, bei denen flüssige Tropfen auf weiche Materialien auftreffen, beispielsweise Wassertropfen auf der Haut, auf frische Farbe auftreffende Wassertropfen oder auf Blätter von Pflanzen aufschlagende Tropfen, oder auch Tropfen, welche auf bereits nasse Oberflächen treffen. Derartige Systeme bestehen oft aus einer (dünnen) weichen und verformbaren Oberflächenschicht auf einem steifen Substrat. Die weiche Lage, wenngleich dünn, kann das Verhalten von Kontaktlinien, und Tropfen im Speziellen, mikroskopisch und makroskopisch maßgeblich verändern. Hierhingegen beschäftigt sich die bisherige Forschung hauptsächlich mit harten Oberflächen, tiefen Flüssigkeitsbecken oder mischbaren flüssigen Oberflächenschichten. Statische, auf weichen Substraten sitzende Tropfen wurden schon viel untersucht und modelliert, auch langsame Kontaktlinienbewegungen wurden beschrieben. Eine neue Entwicklung geht hin zur qualitativen Untersuchung und Modellierung schneller Kontaktlinienbewegungen. Dabei wird in Experimenten jedoch in der Regel die Dynamik des weichen Substrats nicht erfasst, sie ist nur schwer auflösbar. Das Projekt befasst sich stellvertretend mit zwei Beispielprozesse: der Tropfenaufprall auf flexible dünne Schichten und die Koaleszenz von auf einem weichen oder flüssigen Substrat befindlichen Tropfen. Die Substrate bestehen aus Schichten viskoelastischer Fluide oder Gele. Mittels teils neuartiger optischer Methoden soll die gekoppelte Dynamik des Substrates und der Tropfen gleichzeitig erfasst werden, und damit die Verbindung zwischen mikroskopischen und makroskopischen Prozessen der schnellen Kontaktlinienbewegung beleuchte werden. Durch spezielle Hochgeschwindigkeitsbildgebungstechniken in der Unteransicht können Deformationen und Spannungen im Substrat und Informationen über die Morphologie der Kontakte und eventuell vorhandener dünner Gasschichten gewonnen werden, welche dann mit Seitenansichten korreliert werden. Mein experimenteller Aufbau und meine Fachkenntnisse werden anderen Gruppen im SPP-2171 in Kollaborationen zur Verfügung stehen, derzeit sind Kollaborationen zur Kontaktliniendynamik auf verschiedenen anpassungsfähigen Substraten geplant. Meine Experimente sollen in Zusammenarbeit mit Theoretikern sowohl numerisch als auch teilweise analytisch modelliert werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2171: Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen