Nichtlineare Analyse physikochemisch getriebener Entnetzung - Statik und Dynamik

Bedeckt man ein flaches Substrat mit einem zunächst homogenen Film einer partiell benetzenden Flüssigkeit, ergeben sich abhängig von der Filmhöhe verschiedene Dynamiken. Für Filme mit verhältnismäßig kleiner Höhe reichen infinitesimale Störungen aus, um eine spinodale Entnetzung zu induzieren, die initial zum Aufbrechen des Films in viele Tropfen mit kleinen Volumina führt. Diese Strukturen vereinigen sich anschließend sukzessive zu wenigen deutlich größeren Tropfen. Gezielte lokale Variationen der Benetzbarkeit durch eine chemische Vorstrukturierung der Substratoberfläche können diesen als Koaleszenz bezeichneten Prozess unterdrücken und bestimmte Tropfenmuster stabilisieren. Neigt man die Oberfläche, resultieren laterale Komponenten der Gravitationskraft in einer Translationsbewegung und ggf. in einem Aufbrechen, der größeren Tropfen. Analog zur Koaleszenz kann auch diese physikalisch getriebene Dynamik durch chemische Strukturen des Substrats beeinflusst oder unterdrückt werden. Diese Dissertation behandelt Flüssigkeiten auf festen Substraten im Rahmen eines Dünnfilm-Modells unter Einfluss der beschriebenen physikochemischen Triebkräfte sowie Kondensation. Dabei werden die Einflüsse der fundamentalen Parameter des Systems – wie z.B. Tropfenvolumen, Neigungswinkel und Kontrast der Benetzbarkeit – in Bifurkati- onsdiagrammen unter Kombination von numerischer Kontinuierung und Zeitsimulation quantifiziert. Diese Analysen einzelner Tropfen führen zu Vorhersagen in Form von Pha- sendiagrammen, die mit statistischen Auswertungen von Ensembles aus einigen hundert individuellen Tropfen überprüft und untermauert werden.