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Keyword: Oberflächen

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Hans-Jürgen Butt und Rüdiger Berger
04 / 2021 Seite 29
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Treffen sich drei Phasen...

Benetzungsvorgänge begegnen uns ständig im täglichen Leben – zu den typischen Anwendungen gehören das Beschichten, Drucken, Verteilen von Herbiziden und Insektiziden sowie das Beschlagen von Glasscheiben. Bei der Anreicherung von Mineralien durch Flotation sowie beim Löten und Schmieren treten sie ebenso auf wie beim Benetzen von Textilien und Filtern. Dennoch ist die dynamische Benetzung sowohl qualitativ als auch quantitativ nur unzureichend verstanden. Um diese Prozesse besser zu verstehen, ist es notwendig, die Physik nahe der Kontaktlinie, an der Flüssigkeit, Festkörper und Gas aufeinandertreffen, zu betrachten.

Wolfgang Pauli soll gesagt haben: „Gott schuf das Volumen, der Teufel die Oberfläche.“ Denn an Grenzflächen ändert sich die Dichte eines bestimmten Stoffs über sehr kurze Abstände, und diese Diskontinuität erschwert ihre theoretische Beschreibung. Auch experimentell ist es eine Herausforderung, die Struktur und Dynamik von Molekülen an Grenzflächen zu bestimmen, weil sich hier normalerweise viel weniger Moleküle befinden als im Volumen. 
Bei Benetzungsphänomenen kommt erschwerend der Übergang auf eine Dimension hinzu. Tritt eine Flüssigkeit in Kontakt mit einer festen Oberfläche, treffen die drei Phasen Flüssigkeit, Festkörper und umgebendes Fluid in einer Linie zusammen. Das umgebende Fluid setzt sich normalerweise aus Gasen wie Stickstoff oder Sauerstoff und dem Dampf der Flüssigkeit zusammen. Insbesondere die Bewegung dieser Drei-Phasen-Kontaktlinie bestimmt viele Benetzungsphänomene. Aus geometrischen Gründen befinden sich in oder nahe der Kontaktlinie noch einmal Größenordnungen weniger Moleküle als nahe der jeweiligen Grenzflächen. Das Signal bei der Messung in oder nahe der Kontaktlinie fällt entsprechend geringer aus, sodass sich Struktur und Dynamik an der Kontaktlinie nur schwer messen lassen. 
Der Kontaktwinkel ist der wichtigste Parameter, um Benetzung zu quantifizieren. Für reale Oberflächen lassen sich Kontaktwinkel bisher nicht quantitativ vorhersagen, weder statisch noch dynamisch, wenn sich die Kontaktlinie bewegt. Dabei legte Thomas Young bereits 1805 die ersten Grundlagen zum quantitativen Verständnis [1]. (...)

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