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Projekt
Untersuchung der Tropfenbewegung auf schaltbaren und adaptiven weichen und harten Materialien auf Spiropyran-Basis
Antragstellerin
Dr. Dorothea Helmer
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422798085
Das Verhalten von Tropfen auf harten Oberflächen, sowie die Benetzung von Tropfen auf Flüssigkeiten sind experimentell und theoretisch hinlänglich beschrieben. Auf weichen Substraten führt die Oberflächenenergie von Tropfen zu einer Deformation der Oberfläche - es entsteht die so genannte „wetting ridge“ an der Dreiphasenkontaktlinie. Das Verhalten dieser Deformation unter dynamischen Bedingungen ist noch nicht vollständig verstanden. Die experimentelle Untersuchung der Dynamik der Dreiphasenkontaktlinie und damit der Oberflächendeformation ist von großem Interesse, da in der Natur viele Benetzungsprozesse durch die dynamischen Eigenschaften der Oberfläche charakterisiert sind.In diesem Projekt soll daher der Einfluss der Substratdynamik auf das Verhalten von Tropfen auf Oberflächen untersucht werden. Dafür werden verschiedene weiche und harte Oberflächen synthetisiert. Schaltbar werden die Substrate durch eingebrachte, photoschaltbare Spiropyrane (SP). Diese schalten unter UV Licht von der hydrophoben SP Form zur hydrophileren Merocyanin Form. Dies ermöglicht den Einsatz von SP zur Modulation der Oberflächenenergie von Substraten, so dass sich eine Schaltbarkeit zwischen zwei statischen Kontaktwinkeln ergibt. Die Benetzungseigenschaften von Substraten können außerdem durch eine Oberflächenstrukturierung weiter verbessert werden. In diesem Projekt werden daher durch Phasenseparationspolymerisation strukturierte Materialien mit Mikro-/Nano-Porosität erzeugt. Zur Untersuchung der Benetzung von weichen Substraten dienen in diesem Projekt chemische und physikalische Gele. Die physikalischen Gele bestehen aus wurmartigen Mizellen, welche viscoelastisches Verhalten zeigen. Als chemisches Gel dient Polydimethylsiloxan (PDMS). Experimentell bietet PDMS Herausforderungen bei der Untersuchung von Benetzungsphänomenen: freie Ketten und diffundierende Monomere beeinflussen die Benetzungseigenschaften. In diesem Projekt werden daher dünne Beschichtungen für PDMS untersucht, um diese Probleme zu vermeiden. Alle harten und weichen Substrate werden auf ihre Substratschaltbarkeit und Dynamik untersucht, wobei insbesondere hochaufgelöste Schaltung von Mustern untersucht werden soll, um das Verhalten kleiner Tropfen bei Schaltung unter der Dreiphasenkontaktlinie untersuchen zu können. Das vorliegende Projekt bietet eine Vielzahl an Oberflächen und wird durch Echtzeit-Untersuchung von Tropfenbewegungen einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der Dynamik der Dreiphasenkontaktlinie unter veränderbaren Substrateigenschaften leisten. Es sind Kollaborationen mit experimentell arbeitenden Gruppen geplant, um die Eigenschaften und Dynamik der Oberflächen zu verbessern, sowie theoretische Kooperationen, die die bei diesem Projekt erhobenen experimentelle Daten zur Modellanpassung und -verbesserung verwenden werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
