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<p>Das theoretische Modell in bildlicher Darstellung: eine Flüssigkeitsfront schiebt sich über eine Verunreinigung (oben) oder eine Erhebung (unten). Die Flüssigkeit befindet sich zwischen zwei parallelen Ebenen, die nur einige Nanometer voneinander entfernt sind.</p> Bild vergrößern

Das theoretische Modell in bildlicher Darstellung: eine Flüssigkeitsfront schiebt sich über eine Verunreinigung (oben) oder eine Erhebung (unten). Die Flüssigkeit befindet sich zwischen zwei parallelen Ebenen, die nur einige Nanometer voneinander entfernt sind.

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Pressemitteilung

Das Fließverhalten im Nanometerbereich: was Tropfen stoppt und Nanobläschen am Leben erhält

Max-Planck Forscher aus Stuttgart stellen erstmals Modellrechnung vor

12. April 2016

Dieses Bild kennt jeder: ein Regentropfen fließt über die Fensterscheibe. An einer bestimmten Stelle stoppt er seinen Lauf, ein zweiter Regentropfen rinnt hinzu und gemeinsam vereint fließen beide die Scheibe weiter hinab. Kleinste Unebenheiten oder Verschmutzungen auf der Fensterscheibe scheinen den Lauf der Regentropfen aufzuhalten. Wäre die Oberfläche vollkommen eben und chemisch rein, dann würden Regentropfen ungehindert fließen können. Oberflächendefekte, wie kleine Erhebungen, Vertiefungen oder auch chemische Verunreinigungen halten den Flüssigkeitstropfen auf. Dies sind Phänomene aus dem Alltag, die jeder kennt und mit bloßem Auge beobachten kann.

Der Trend in Wissenschaft und Technik geht jedoch seit Jahren zu immer feiner strukturierten Festkörperoberflächen, die für vielfältige Anwendungen genutzt werden können. Typische Strukturabmessungen liegen hierbei im Mikro- oder sogar im Nanometerbereich (ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter).

Wie wird nun aber das Fließverhalten eines Tropfens durch derart feine Oberflächenstrukturen beeinflusst, oder wie wird der Transport von winzigen Flüssigkeitsmengen auf extrem schmalen Bahnen durch darauf befindliche winzige Oberflächendefekte behindert? Die fraglichen Oberflächendefekte sind dann nicht mehr viel größer als die Moleküle oder Atome, welche die Flüssigkeit oder die Festkörperoberfläche aufbauen.  Mit dem Auge lässt sich der Einfluss derart kleiner Oberflächendefekte auf den Flüssigkeitstransport nicht mehr studieren.  Selbst mit modernsten experimentellen Methoden ist es derzeit nicht möglich, den Flüssigkeitstransport über derart kleine Oberflächendefekte zu beobachten und zu untersuchen.  Theoretische Methoden und Modellrechnungen überwinden diese Herausforderungen.

Die Forschungsabteilung „Theorie inhomogener kondensierter Materie“, unter Leitung von Prof. Dr. Siegfried Dietrich am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, hat ein Modell entwickelt und numerisch analysiert, welches die auf der Nanometerskala relevante molekulare Struktur einbezieht. Mit diesem theoretischen Modell kann der Widerstand, den wenige Nanometer kleine Unebenheiten oder Verunreinigungen dem Flüssigkeitstransport entgegensetzen, berechnet werden.

Die Ergebnisse veröffentlichten Dr. Alberto Giacomello und Dr. Lothar Schimmele gemeinsam mit Professor Dr. Siegfried Dietrich kürzlich in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS).

 
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