Magnetosensitive Oberflächen zur Steuerung der Benetzungs- und Tropfenaufpralldynamik

• Antragsteller: Professor Dr. Mikhail Chamonine
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524921900

Magnetosensitive Oberflächen (MSO) haben in letzter Zeit die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen, da sie ein ferngesteuertes, zerstörungsfreies und in Echtzeit (dynamisch) arbeitendes Konzept für eine kontrollierte Manipulation von nichtmagnetischen Flüssigkeiten bieten. Zukünftige technologische Anwendungen reichen von tröpfchenbasierter Mikrofluidik, Mikroreaktoren und Flüssigkeitsverteilern bis hin zur Nebelsammlung usw. Bislang blieb die dynamische Benetzung von MSO außerhalb des Forschungsbereichs. Dieses Projekt zielt darauf ab, das Potenzial von MSO auf der Grundlage weicher, magnetoaktiver Elastomere (MAEs) zu untersuchen, um ihre Benetzungseigenschaften und das Spritzen von Tropfen zu verstehen und abzustimmen. MAEs sind Verbundmaterialien aus ferromagnetischen Partikeln im Mikro- und Nanometerbereich, die in eine nachgiebige Polymermatrix (in unserem Fall Polydimethylsiloxan) eingebettet sind. Wir planen, i) die magnetfeldbasierte Regulierung der Benetzung und des Tropfenspritzens auf unstrukturierten MAE-Oberflächen (MOF) zu untersuchen und ii) die magnetfeldbasierte Regulierung der Benetzung und des Tropfenspritzens auf mikrostrukturierten MOF zu untersuchen. i) Das Anlegen eines Magnetfeldes von einigen hundert mT senkrecht zu MOF führt zur Erhöhung (Umschalten) des dynamischen Schermoduls über einige Größenordnungen und zu einer signifikanten Erhöhung der Oberflächenrauheit. Darüber hinaus ermöglicht der magnetfeldinduzierte Plastizitätseffekt von MAEs eine nachträgliche Glättung oder sogar Modulation der Rauheit der MAE-Oberfläche im Mikrometerbereich. Dies macht MAEs zu vielversprechenden Kandidaten für eine getrennte Aufklärung der Auswirkungen der Oberflächentopografie und der mechanischen Eigenschaften auf das Umschalten der Benetzungseigenschaften. Zu diesem Zweck werden wir unstrukturierte MOF mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung und anfänglicher Oberflächenrauheit untersuchen, die zu einer variablen Materialsteifigkeit und Empfindlichkeit auf das Magnetfeld führen. ii) Wir werden die Auswirkungen des magnetfeldinduzierten Schaltens der Oberflächentopografie auf MOF untersuchen, die mit lamellaren und säulenförmigen Mikrostrukturen texturiert sind. Ein Magnetfeld, das nicht parallel zur Vorstehrichtung von Oberflächenstrukturen verläuft, führt zu deren Verbiegung und damit zu einer drastischen Änderung der Oberflächentopografie. Die Auswirkungen der, von Kapillarkräften verursachte, Durchbiegung flexibler Mikrostrukturen mit einem hohen Seitenverhältnis werden ebenfalls untersucht. Das Besondere an unserem Ansatz ist die Verwendung von gekippten Mikrostrukturen aus weichen MAEs, die zu einer Asymmetrie der Tropfenausbreitung führen können. Schließlich werden wir den Tropfenaufprall auf MOF untersuchen, um die Beziehungen zwischen mikro- und makroskopischen Prozessen im Zusammenhang mit schneller Kontaktlinienbewegung und dem Ergebnis des Tropfenaufpralls (Ablagerung / Prellen / Spritzen) aufzudecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Slowenien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Irena Drevensek Olenik; Professor Dr. Matija Jezersek; Professor Dr. Darko Makovec