SPP 2171: Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Be- und Entnetzung - also das Voranschreiten bzw. sich Zurückziehen von Flüssigkeiten auf Oberflächen - gehört zu den faszinierenden alltäglichen Phänomenen der uns umgebenden natürlichen und technischen Welt. Oberflächen, die gut entnetzen, sind für viele Pflanzen und Tiere essentiell, da Wassertropfen sehr schnell von ihnen abperlen. Mit zunehmender Miniaturisierung fluider technischer Systeme gewinnt auch eine kontrollierbare Benetzbarkeit immer höhere Bedeutung, da bei kleinen Abmessungen Grenzflächeneffekte dominieren. Gegenstand dieses Schwerpunktprogramms (SPP) ist die Erarbeitung des grundlegenden physikalischen Verständnisses der dynamischen Be- und Entnetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen. Dabei werden flexible Oberflächen durch die Flüssigkeit deformiert und wirken damit auf ihr statisches und dynamisches Verhalten zurück. Beispiele sind Elastomere, Hydrogele und Oberflächen mit bürstenähnlichen Strukturen. Adaptive Oberflächen ändern ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften bei Anwesenheit einer Flüssigkeit, z.B. unter einem Tropfen, oder passen ihr Benetzungsverhalten an Umgebungsbedingungen an. Schaltbare Oberflächen können ihre Oberflächenenergie oder -struktur bei änderung externer Einflüsse wiederholt nahezu sprunghaft ändern und damit z.B. eine periodische Benetzungsdynamik induzieren. Der Schaltvorgang kann z.B. durch elektrische Felder oder Lichteinstrahlung ausgelöst werden. In allen drei Fällen - flexible, adaptive und schaltbare Oberflächen - koppelt die Substratdynamik an die hydrodynamische Benetzungsdynamik und bringt zusätzliche Zeit- und Längenskalen ein. Dabei soll hauptsächlich die Dynamik der Benetzung durch einfache, niedermolekulare Flüssigkeiten betrachtet werden. Daneben sollen auch ihre Mischungen, verdünnte Suspensionen und Tensidlösungen untersucht werden, deren innere Dynamik sich durch grenzflächeninduzierte Strukturierungen verändert was wiederum die Benetzung beeinflusst. Eine derartige Kopplung verschiedener Nichtgleichgewichtsprozesse hat wesentlichen Einfluss auf die Mechanismen der Energiedissipation, welche wiederum die Gesamtdynamik bestimmen. Die resultierenden zusätzlichen Freiheitsgrade bieten neue Möglichkeiten einer zukünftigen gezielten Steuerung dynamischer Benetzungsvorgänge, stellen jedoch die experimentelle Untersuchung und theoretische Beschreibung vor neue Herausforderungen. Das hochkooperative und interdisziplinäre Schwerpunktprogramm basiert auf dem sehr guten Wissensstand in Deutschland zur Benetzung homogener, fester und inerter Oberflächen sowie auf rasanten Fortschritten in Längenskalen-übergreifenden experimentellen und theoretischen Methoden. Er soll die Voraussetzungen für eine zukünftige Kontrolle dynamischer Benetzungsprozesse schaffen.