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Projekt
Dynamik Flüssig-Flüssig-Elastischer Dreiphasenlinien
Antragsteller
Professor Dr. Stefan Karpitschka
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422877263
Die dynamische Benetzung von starren Oberflächen wird durch ein Gleichgewicht zwischen Kapillarkräften und viskoser Verlustleistung im Inneren der Flüssigkeit bestimmt. Auf weichen Oberflächen ist die Benetzungsdynamik jedoch typischerweise von ganz anderem physikalischen Ursprung, dominiert durch die viskoelastische Bremswirkung der weichen Oberfläche. Kapillarkräfte an der Dreiphasenlinie verformen den weichen Festkörper zu einem scharfen Benetzungsgrat welcher bei einer Spreitbewegung der Flüssigkeit umgeformt werden muss. Die mit diesem Prozess verbundene Verlustleistung kontrolliert die Benetzungsdynamik. Ein quantitatives Verständnis dieses Prozesses bleibt schwer fassbar, da sich die verfügbaren Theorien auf lineare Viskoelastizitätslehre beschränken, die zugehörigen Experimente mit Flüssigkeits-Gas Grenzflächen ein stark nichtlineares Verhalten zeigen. Der Ursprung der experimentell beobachteten Nichtlinearitäten liegt in den starken Kräften die von Flüssigkeits-Gas Grenzflächen auf weiche Festkörper ausgeübt werden und zu Scherungen von 100% und mehr führen. Dies hat eine Reihe nicht-linearer Phänomene zur Folge, angefangen bei einfacher Geometrie über variable Oberflächenspannung des Substrates bis hin zur Extraktion nicht-quervernetzter Weichmacher im Gel. Diese Beiträge werden in der aktuellen Literatur kontrovers diskutiert, und in der hier vorgeschlagenen Studie wollen wir diese Diskussion weiterführen, wenn nicht sogar beilegen. Unsere Arbeit konzentriert sich auf weiche Polymer-Gele, dem am meisten verbreiteten Material in Untersuchungen zur Benetzungsdynamik auf weichen Oberflächen. Wir nehmen die Eigenschaften und die Konsequenzen der flüssigen Phase, welche in solchen Gelen immer vorhanden ist, unter die Lupe. Flüssigkeitsgrenzflächen erzeugen eine der schärfsten bekannten Linienkäfte auf ihre Kontaktflächen und erzeugen so einen molekular scharfen Knick in den weichen Oberflächen. Dadurch divergiert der Festkörperdruck an der Spitze des Benetzungsgrats, was sicherlich einen Einfluss auf das Gleichgewicht zwischen flüssigen und festen Konstituenten des Geles hat. Druckbasierte Extraktion der flüssigen Phase, wie es kürzlich an den Kanten eines adhäsiven Festkörperkontaktes gezeigt wurde, wäre die Konsequenz. Ein Öl-Kleid, welches die Flüssigkeits-Kontaktlinie von ihrem Substrat trennt, wäre die Konsequenz, und könnte viele der bisherigen Beobachtungen erklären. Dieses Öl-Kleid, ob künstlich erzeugt oder vom Substrat-Gel extrahiert, wollen wir untersuchen um die selbstschmierenden Eigenschaften von Polymergelen zu enträtseln.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
