Die Bedeutung von Grenzflächeneigenschaften für die Reibung an der Fest/fest- und der Flüssig/fest-Grenzfläche

Abstract

Die Modifikation von Oberflächen spielt für technische Anwendungen eine große Rolle. All diesen Modifikationen ist gemein, dass bestimmte physikalische Eigenschaften der Oberfläche geändert werden, um physikalische oder chemische Prozesse, die an der Oberfläche ablaufen, zu beeinflussen. Dies soll anhand von zwei Systemen beispielhaft verdeutlicht werden, bei denen zum einen der Schichtaufbau und zum anderen die Oberflächenchemie einer Oberfläche verändert wird: Im ersten Teil wird der Einfluss von van der Waals (vdW)-Wechselwirkungen auf die Einzelkontaktreibung untersucht. Durch die Verwendung von Mehrschicht-Substraten ist es möglich, die vdW-Wechselwirkungen zu verändern und gleichzeitig Oberflächeneigenschaften wie Rauigkeit, Oberflächenenergie und -chemie unverändert zu lassen. Als Reibungssonde diente eine Rasterkraftmikroskopspitze. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass stärkere vdW-Wechselwirkungen zwischen Spitze und Oberfläche auch zu höheren Reibungskräften führen. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Entnetzungsverhalten ultra-dünner Polymerfilme. Zu Beginn einer Entnetzung brechen Löcher im Film auf. Die Experimente zeigen, dass durch eine Veränderung der Oberflächenenergie und der Grenzflächenbedingung der Fest/flüssig-Grenzfläche der Aufbrechmechanismus der Löcher beeinflusst werden kann. Es konnte ein für Filme auf Substraten neuer Mechanismus (thermische Nukleation) beobachtet und theoretisch beschrieben werden.

The modification of surfaces plays an important role in many technical applications. All surface modifications change specific physical properties in order to influence a physical or chemical process at an interface. This idea will be illustrated on the basis of two examples. In the first, the subsurface composition is modified. In the second, the surface chemistry is changed. In the first part, the influence of van der Waals (vdW)-interactions on single asperity friction is shown. By utilizing multilayer substrates, the vdW-interactions can be varied without changing other surface properties such as roughness, surface chemistry and surface energy. As a friction probe, a scanning force microscopy tip was used. The experiments display that stronger vdW-interactions lead to higher friction forces. The second part deals with the dewetting behavior of ultra-thin polymer films. During dewetting, holes are nucleated in the film. The experiments reveal the impact of the surface energy and of the boundary condition of the solid/liquid interface on the nucleation mechanism. An as yet unobserved nucleation mechanism in supported films was detected and can be described theoretically.