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Projekt
Dynamische Benetzung auf deformierenden Substraten, elastischen Platten und unter Verdampfung: Eine Studie mit der Randelementmethode
Antragsteller
Professor Dr. Holger Stark
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505839720
Dynamische Benetzung auf flexiblen und schaltbaren Substraten hat viele faszinierende Erscheinungsformen und Potential für Anwendungen. Tropfen auf dünnen elastischen Platten nehmen die Gestalt einer Linse an, die durch angelegte Spannungskräfte an die Platte durchstimmbar ist. Dieser Effekt kann verwendet werden, um mikrooptische Linsen zu konstruieren. Durch die dynamische Kontrolle der Oberflächendeformationen eines weichen Substrats lassen sich Mikrometer große Tropfen bewegen, was ein wesentlicher Prozess in Lab-on-a-Chip-Einheiten ist. Die Verdampfung von Tropfen mit lichtschaltbaren Tensiden ermöglicht es, gelöste Stoffe wie Farbpigmente auf einem Substrat abzulagern mit einer Genauigkeit unterhalb der Tropfengröße. Das ist für technologische Fortschritte beim Drucken wichtig ist.In unserem Projekt planen wir diese Themen anzugehen, um sie grundsätzlich und vollständig zu verstehen. Wir werden die Randelementmethode verwenden, um die Strömungsfelder im Tropfen zu bestimmen, und phänomenologische Ausdrücke wie das Cox-Voinov-Gesetz, um die Dynamik der Kontaktlinie zu beschreiben. In letzter Zeit haben wir die Randelementmethode für feste Oberflächen mit raumzeitlichen Benetzbarkeitsmustern in einem Computerprogramm implementiert. Dieses werden wir für die verschiedenen Themen erweitern.Erstens wollen wir den Transport von Tropfen verstehen auf Oberflächen von lichtreagiblen Materialien. Dazu deformieren wir die Oberfläche mit einer laufenden Welle und bestimmen die Bedingungen für optimalen Transport. Zweitens behandeln wir dynamische Benetzung auf elastischen Platten, die wir mit dem zweidimensionalen elastischen Skalak-Model beschreiben und dem Helfrich-Hamiltonian für Verbiegung. Wir führen eine vollständige Untersuchung der linsenförmigen Tropfen durch unter verschiedenen Spannungskräften und studieren Durotaxis, wo sich der Tropfen zu weicheren Bereichen der elastischen Platte hinbewegt. Drittens werden wir Spannungskräfte anlegen, die in der Zeit und entlang des Plattenrandes variieren, um die Möglichkeit kontrollierter Tropfenbewegung zu erforschen, auch mit Hilfe von Elektrobenetzung. Wir werden hier mit P. Huber (Hamburg) zusammenarbeiten, der elastische nanoporöse Silikonplatten herstellen kann und entsprechende Experimente plant. Schließlich betrachten wir verdampfende Tropfen auf festen Substraten, wo die Oberfächenspannung durch lichtschaltbare Tenside bestimmt ist, die lokal mit eingestrahltem Licht variiert wird. Die resultierenden Marangoniströme induzieren Wirbel im Tropfen, die gelöste Stoffe einfangen und letztendlich auf dem Substrat in vorgegebenen Mustern ablagern.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
