Forschung

Phasentrennung beeinflusst Benetzung einer Oberfläche

17.11.2022 - Neue Strategien für die Bearbeitung und Veredlung von Oberflächen möglich.

Wenn eine Oberfläche nass wird, spielt dabei auch die Zusammensetzung der Flüssigkeit eine Rolle. Forschende des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbst­organisation (MPI-DS) fanden heraus, dass die Phasen­trennung innerhalb der benetzenden Flüssigkeit die Ausbreitungs­dynamik direkt beeinflusst. Ihre Erkenntnisse könnten für verschiedene Bereiche von Bedeutung sein, darunter Zellbiologie und Halbleiter­herstellung. 

Bei der Phasen­trennung entsteht eine Emulsion aus Flüssigkeits­gemischen mit mehreren Komponenten – ein Effekt, der auch beim griechischen Likör Ouzo beobachtet werden kann, der bei Zugabe von Wasser trübe wird. Darüber hinaus findet Phasen­trennung in vielen anderen Bereichen statt, etwa bei der Wolkenbildung am Himmel oder der molekularen Kondensation in biolo­gischen Zellen. Normalerweise erfordert die Phasen­trennung den Kontakt mit festen Teilchen, da die Benetzung ihrer Oberflächen die hierfür erforder­liche Energiemenge senkt. 

Forschende um Stefan Karpitschka fanden nun heraus, dass nicht nur die Benetzung die Phasen­trennung antreibt, sondern auch umgekehrt die Phasentrennung die Benetzung. Normalerweise bewirken klassische Kräfte wie Schwerkraft oder Kapilla­rität die Ausbreitung von Flüssigkeiten. Doch auch die Phasen­trennung treibt die Benetzung der Oberfläche aktiv an, manchmal sogar viel schneller als klassische Kräfte. „Dies ermöglicht es technisch, dünne Filme komplexer Flüssigkeiten auf Ober­flächen zu beeinflussen, zum Beispiel bei Herstellungs­prozessen, die einen Phasenwechsel beinhalten“, erklärt Stefan Karpitschka.

Um die Auswirkungen der Phasen­trennung auf die Ausbreitung von Flüssigkeiten zu ermitteln, untersuchten die Forscher Tröpfchen von Flüssigkeits­gemischen auf festen Oberflächen. Youchuang Chao beschreibt die wichtigsten Ergebnisse: „Wir beobachteten ein unerwartetes Phänomen im Vergleich zu den bekannten Ausbreitungs­gesetzen für Flüssigkeiten aus nur einer Komponente. Die Phasen­trennung findet am Rand des Tröpfchens statt, wodurch sich die flüssigen Komponenten auf diesen speziellen Bereich konzentrieren und so chemische Prozesse gesteuert werden können.“ Diese Ergebnisse belegen die starke Kopplung zwischen der dynamischen Benetzung und der Phasen­trennung auf molekularer Ebene. Die neuen Erkenntnisse könnten somit die Entwicklung neuer Strategien für die Bearbeitung und Veredlung von Oberflächen beflügeln. Dazu gehören die Ölrück­gewinnung von Oberflächen sowie Anwendungen in der Produktion von Mikrochips und Halbleitern.

MPI-DS / JOL

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