Benetzung strukturierter Oberflächen mit schaltbarer Topographie und mechanischen Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Leonid Ionov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422917268

Die Interaktion von Flüssigkeiten mit strukturierten Oberflächen kann unterschiedlichen Charakter haben – entweder kann Topografie eine Benetzung feststellen, wenn die Oberflächenstrukturen fest sind, oder die Topografie beeinflusst die Benetzung und die Tröpfchenform beeinflusst die Oberflächentopografie, wenn die elastischen Kräfte sowie die Oberflächenspannung miteinander vergleichbar sind. Abhängig von der Größe der Oberflächenstrukturen und ihrem Elastizitätsmodul, können entweder Oberflächenspannung oder die elastische Kraft dominieren – dieser Übergang der Dominanz von elastischer Kraft zur Gegenwirkung von elastischer- und Oberflächenspannungskraft wurde in der ersten Förderperiode untersucht. Dabei haben wir insbesondere eine Methode zur Herstellung von Oberflächenstrukturen in Form von Lamellen mit hohem Aspektverhältnis aus Polymeren mit schaltbaren mechanischen Eigenschaften und Formgedächtnisverhalten entwickelt. Die Oberflächenstrukturen konnten sich, je nach Zustand des Polymers, entweder der Tröpfchenform anpassen oder nicht, zudem haben wir gezeigt, dass die Benetzungseigenschaften von der Verformbarkeit der Oberflächenstrukturen abhängen. In der zweiten Förderperiode werden wir einen Schritt weiter gehen und ein neues Verfahren zur Herstellung strukturierter Oberflächen mit aktiv schaltbarer Topografie entwickeln und dabei untersuchen, wie sich die Gegenwirkung von elastischer Kraft und Oberflächenspannung auf die Umschaltung der Topografie und des Benetzungsverhaltens auswirkt. Wir verwenden eine fortschrittliche Kombination aus 3D-Druck und Elektrospinnen – nämlich das Schmelzelektroschreiben, um komplexe Strukturen aus reversibel quellenden und Zwei-Wege-Formgedächtnispolymeren herzustellen. Des Weiteren werden wir eine neue Methodik zur Erlangung der 3D-Form der Tröpfchen entwickeln und diese zur Untersuchung der Benetzung von Oberflächen mit schaltbarer Topografie verwenden. Die experimentellen Ergebnisse dieses Projekts werden durch Modelle validiert, die in Zusammenarbeit mit anderen Mitgliedern des SPP 2171 entwickelt wurden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2171: Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen