Dewetting of Polymer Thin Films on Viscoelastic Substrates

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden Be- und Entnetzungsphänomene sowohl auf ebenen als auch auf topographisch strukturierten viskoelastischen Substraten untersucht.Das Hauptaugenmerk richtet sich zunächst auf ebene Substrate, auf welchen das Entnetzungsverhalten von dünnen Polystyrolfilmen auf viskoelastischen Substraten (vernetzte Polydimethylsiloxane - PDMS und flüssige Polymethylmethacrylate - PMMA) erforscht wird. Ziel ist es dabei herauszufinden wie die viskoelastischen Eigenschaften den Gleichgewichtszustand des darüberliegenden Polymerdünnfilms als auch die Entnetzungsdynamik beeinflussen und Kenntnisse über die Mechanismen, die diesen Entnetzungsprozess dominieren, zu gewinnen.Dazu wird das Verhalten der Entnetzungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Zeit und der viskoelastischen Eigenschaften des Substrats bestimmt. In beiden Fällen zeigen die experimentellen Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen.Spezielles Interesse gilt der Form der Wulst, die das wachsende Loch im Flüssigkeitsfilm umgibt, d.h. sowohl die Form der Flüssig/Gas- als auch die der Flüssig/Fest- Grenzfläche. Wir können zeigen, dass die Deformation des Substrats unter der Flüssigkeitswulst davon abhängt, ob die elastischen oder die viskosen Eigenschaften des Substrats dominieren.Desweiteren untersuchen wir die Form des auf dem Substrat sitzenden PS Tropfens im Gleichgewicht. Wieder interessiert uns sowohl die gesamte Form des Tropfens, d.h. die Form der Flüssig/Gas- und der Flüssig/Fest-, als auch die Deformation der Drei- Phasen-Kontaktlinie.Schließlich werden erste Experimente bezüglich Benetzungsphänomenen in rechteckigen Gräben aus PDMS durchgeführt. Die Benetzungsdynamik ist dabei sowohl für die Benetzbarkeit des Substrats, als auch für die davon unabhängige Grabengeometrie charakteristisch und führt letztlich zu einer für diese Parameter spezifischen Ordung der Flüssigkeitsmorphologien.