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Fundamental Investigation of Forced Wetting on Structured Surfaces

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Abstract

Anwendungen in der Druck-, Beschichtungs-, Kühlungstechnik etc. zu verstehen. Entionisiertes Wasser, Glycerin-Wasser (85%-15% vol.) Mischung sowie verschiedene Arten von PDMS (Polydimethylsiloxan) wurden zur Untersuchung der Benetzbarkeit von pyramidenförmigen Feldern und konzentrischen dreieckigen Kreisen, die im Grössenbereich von Millimeter liegen, verwendet. In den Versuchen wurde die Benetzbarkeit der Substrate in zwei verschiedenen Ausrichtungen untersucht. In vertikaler Richtung, durch Eintauchen und Herausziehen des Substrats in/aus einen Flüssigkeitsbad; in horizontaler Richtung durch Pumpen der Flüssigkeit durch die Mitte des Substrats. Der scheinbare Kontaktwinkel auf dem jeweiligen Substrat wurde gemessen und die Korrelation zwischen Kapillarzahl, Strukturgrösse und Kontaktwinkel untersucht. Die bestehenden Modelle und Auswertungsverfahren zur Bestimmung des Kontaktwinkels, sowie neue Ansätze, wurden angewendet und ausführlich diskutiert. Numerische Simulationen der Benetzung auf horizontal angeordneten Substraten wurden unter Verwendung eines C++ basierten, CFD Software-Paket, OpenFOAM ausgeführt. Die dynamische Benetzungsgleichung von Kistler wurde auf Basis dieser Software implementiert. Mit den experimnetellen Ergebnissen vergleichbare Resultate wurden in den Simulationen erzielt. Abschliessend wurde dargestellt, dass es weder universelle noch substratspezifische Randbedingungen für den Kontaktwinkel bzw. die Kontaktlinie gibt, die die Übertragbarkeit des Kontaktwinkels erlaubten. Somit gibt es keine Zusammenhang zwischen den Benetzungsverhalten von chemisch heterogenen Oberflächen und den verwendeten Oberflächen.

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