Fokussierungseffekt für gleitende Tropfen, der durch adaptive Oberflächen hervorgerufen wird

• Antragsteller: Dr. Rüdiger Berger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505838917

Die Adaption von Oberflächen ist eine Ursache für die Geschwindigkeitsabhängigkeit der fortschreitenden und zurückweichenden Kontaktwinkel. Dies gilt auch für niedrige Kontaktliniengeschwindigkeiten. Wir haben ein Modell vorgeschlagen, das diese dynamischen Kontaktwinkel erklärt (Langmuir 2018, 34, 11292). Ziel unseres Projekts ist es, das Modell experimentell zu verifizieren und zu untersuchen, wie gut es die experimentellen Daten erklären kann. In der ersten Förderperiode haben wir einen experimentellen Aufbau entwickelt, um die vorrückenden und zurückweichenden Kontaktwinkel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit für Wassertropfen bis zu 1 m/s zu messen. Wir haben ein statistisches Poly(styrol/Acrylsäure)-Kopolymer (PS/AA) synthetisiert. Mit Hilfe der Messungen haben wir gezeigt, dass für Wassertropfen auf PS/AA-Filmen die geschwindigkeitsabhängigen, fortschreitenden Kontaktwinkel mit dem Modell erklärt werden können. Hierbei erhielten wir Relaxationszeiten der Polymer-Oberfläche < 2 ms. Wünschenswerte wäre aber noch unabhängige Messungen dieser Relaxationszeiten, um unser Modell vollständig zu validieren. Das Ziel für die zweite Förderperiode ist es, Polymeroberflächen zu untersuchen, an denen wir die Relaxationszeiten des Trocken-Nass- und des Nass-Trocken-Übergangs bei Benetzung und Entnetzung zusätzlich mit einer unabhängigen Methode messen können. Dann können die gemessenen geschwindigkeitsabhängigen Fortschreit-Kontaktwinkel unabhängig von unserem Experiment mit unserem Modell validiert werden. Daher planen wir die Synthese von verschiedenen an Oberflächen gehefteten Polymerbürsten: (1) Bürstenfilme aus Mischungen von PS und Poly(2-vinylpyridin) (PVP), (2) Bürstenfilme die auf den pH-Wert des Tropfens reagieren (Poly(N,N-dimethylaminoethylmeth¬acrylat) und (3) Bürstenfilm aus Blockcopolymeren. Die partielle Adaption von Oberflächen durch die Benetzung eines ersten, gleitenden Tropfens sollte einen Fokussierungseffekt für nachfolgende Tropfen erzeugen. Der erste Tropfen hinterlässt eine Spur erhöhter Oberflächenenergie. Wir gehen davon aus, dass nachfolgende Tropfen dann entlang derselben Spur gleiten werden. Unser Ziel ist es, diese Hypothese zu verifizieren und zu quantifizieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2171: Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Hans-Jürgen Butt