Oliver Bäumchen

Einfluss von Grenzflächen auf die Fluidik dünner Polymerfilme


Wiss. Werdegang:

1999 Abitur
2000 Studium der Physik und Mathematik, Universität des Saarlandes
2004 -
2006
Diplomarbeit über "Benetzungseigenschaften nanostrukturierter Materialien - Rasterkraftmikroskopische Studien an Nanokompositen und benetzungsstrukturierten Oberflächen", Universität des Saarlandes
 
2006 Physik-Diplom, Universität des Saarlandes  
2006 -
2010
Dissertation über den "Einfluss von Grenzflächen auf die Fluidik dünner Polymerfilme",
Universität des Saarlandes
 
 


Wir untersuchen die Randbedingungen der Fluidik dünner, hochviskoser, newtonscher Flüssigkeiten an der fest/flüssig Grenzfläche. Um einen Fluss zu induzieren nutzen wir den Prozess der Entnetzung aus, der mit der Nukleation von Löchern beginnt. Diese wachsen und koaleszieren, bis schließlich nur noch eine Ansammlung von Tropfen auf der Oberfläche zurückbleiben.


Im Fall unseres Systems entnetzen Polystyrolschmelzen geringen Molekulargewichts auf Octadecyl- (OTS) und Dodecyltrichlorosilan (DTS) - Monolagen nach dem Heizen über die Glasübergangstemperatur. Untersuchungen bezgl. der Radien wachsender runder Löcher lieferten bei gleicher Temperatur eine höhere Entnetzungsgeschwindigkeit auf DTS als auf OTS.
Es konnte gezeigt werden, dass das Lochwachstum in unserem System durch die Superposition von viskosem Fließen und Rutschen beschrieben werden kann.

Eine neue Methode der Datenanalyse wird verwendet, um die beiden Geschwindigkeitsbeiträge, viskoses Fließen und Rutschen, zu identifizieren und die Sliplänge zu extrahieren. Die Werte der Sliplänge stehen in Einklang mit Resultaten, die mittels rasterkraftmikroskopischen Analysen des entweder oszillierend (OTS) oder monoton (DTS) in den ungestörten Film abfallenden Randwulstes gewonnen wurden. Die letztere Methode konnte mit einem Lubrikationsmodell verknüpft werden, das auf den Navier-Stokes-Gleichungen mit einer Navier-Slip-Randbedingung beruht und erlaubt es uns die Sliplänge und die Viskosität der Polymerschmelze zu bestimmen. Die Variation weiterer Systemparameter, wie der Rauigkeit oder der Benetzbarkeit des Substrats, könnte zu detaillierteren Erkenntnissen bezüglich des Mechanismus des Rutschens an der Grenzfläche auf molekularer Ebene führen.

Publikationsliste:

  • O. Bäumchen, K. Jacobs, "Slip Effects in Polymer Thin Films";
    submitted (arXiv:0909.1946v1 [cond-mat.soft]).
    [ PDF ]

  • O. Bäumchen, R. Fetzer and K. Jacobs, "Liquid Front Profiles Affected by Entanglement-induced Slippage";
    submitted (arXiv:0907.2113v1 [cond-mat.soft]).
    [ PDF ]

  • O. Bäumchen, R. Fetzer, A. Münch, B. Wagner and K. Jacobs, "Comprehensive Analysis of Dewetting Profiles to Quantify Hydrodynamic Slip";
    IUTAM Symposium on Advances in Micro- and Nanofluidics,
    edited by M. Ellero, X. Hu, J. Fröhlich, N. Adams (Springer, 2009).
    ISBN 978-90-481-2625-5
    [ Abstract ]

  • O. Bäumchen, K. Jacobs and R.Fetzer, "Probing slippage and flow dynamics of thin dewetting polymer films"
    Proceedings of 1st conference on microfluidics in Bologna 2008 Dez 10-12, ISBN 2-906831-76-X
    [ PDF ]