Benetzung nichttrivialer statischer und dynamischer Oberflächen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde das Benetzungsverhalten auf nichttrivialen Oberflächen untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurde das Abrollverhalten eines Tropfens für verschiedene Flüssigkeiten und Oberflächen untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass sich die Dynamik des Kontaktwinkels unabhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche mit einer einheitlichen Theorie beschreiben lässt. Ferner wurde gezeigt, dass Tropfen schon vor Überwindung der Rückhaltekraft in Abhängigkeit von der Ausgangskonfiguration partiell entpinnen. Im zweiten Teil wurde das Benetzungsverhalten in Trapezgräben in Abhängigkeit von Grabengeometrie und Kontaktwinkel experimentell und theoretisch studiert. Dabei wurden unterschiedliche, thermodynamische oder mechanisch stabile sowie mechanisch metastabile Morphologien vorgefunden und die Grenzen ihrer Stabilität bestimmt. Der letzte Teil beschäftigt sich mit dem Entnetzungsverhalten auf flüssigen Substraten. Dazu wurde ein Protokoll zur Abbildung der entstehenden 3D Entnetzungsmorphologien entwickelt. Es zeigte sich, dass transiente Tropfenmorphologien unabhängig von ihrer Startkonfiguration nach einer charakteristischen Zeit synchronisieren, lange bevor sie ihren Endzustand erreichen. Für Form und Dynamik der Entnetzungsränder konnten das Verhältnis der Viskositäten und der Filmdicken als relevante Parameter identifiziert werden. Neben der heterogenen Nukleation konnte für sehr dünne Filme auch ein spinodales Aufbrechen des Films festgestellt werden.

In the present study the wetting behavior on non-trivial surfaces was explored. In the first part, the roll-off behavior of a drop was investigated for various liquids and surfaces. It was shown, that the dynamics of the contact angle can be described with an unified theory independently of the exact nature of the surface. It was also shown that drops partially depin depending on initial configuration before overcoming the restraining force. In the second part, the wetting behavior in trapezoidal grooves was studied experimentally and theoretically depending on groove geometry and contact angle. Different thermodynamic or mechanically stable and mechanically metastable morphologies were found and their limits of stability determined. The last part deals with the dewetting behavior on liquid substrates. A protocol for the analysis of 3d dewetting morphologies in a liquid-liquid system was developed. It was found that transient drop morphologies synchronize after a characteristic time and become independent from their initial configuration, long time before they reach their final state. The shape and the dynamics of dewetting rims was found to depend crucially both on the ratio of the viscosities and the ratio of the film thicknesses. Besides heterogeneous nucleation, film rupture by spinodal dewetting could be identified for very thin liquid films.