Forschung im HLRN-Verbund 2011

39Abbildung 1: Links: Schematische Darstellung der Young’schen Gleichung anhand eines Polymertröpfchens (blau)auf einer glatten Unterlage (violett) nahe der vollständigen Benetzung. Darunter: Verschiedene, strukturierteUnterlagen mit einem Tröpfchen. Die Vergrößerung zeigt zwei typische Konformationen derPolymere. Rechts: Profil eines Tröpfchens (blau) auf einer weichen Unterlage (schwarz). Durch dasZusammenspiel der Weichheit und der Anziehung zwischen dem Tröpfchen und der Unterlage kommtes zu einer Anhebung der Dreiphasen-Kontaktlinie. Einschub: Definition des Kontaktwinkels.LAMMPS [1], in dem die Newton’schen Bewegungsgleichungenfür alle Teilchen numerisch aufintegriertwerden. Der zentrale Schritt ist hierbeidie ständige Neuberechnung der wirkenden Kräfteauf alle Teilchen. Solange diese Kräfte nur kurzreichweitigsind, kann jedem Prozessor ein kleinesTeilvolumen der gesamten Simulationsbox zugewiesenwerden, in dem dann die Kräfte der dortbefindlichen Teilchen errechnet werden. Auf dieseWeise lassen sich Tröpfchen mit 150 000 Teilchen(entspricht etwa 50 µm) auf 64 Prozessoren effizientuntersuchen. Um die Temperatur konstant zuhalten, setzen wir einen DPD-Thermostaten ein,der für ein korrektes hydrodynamisches Fließenauf großen Zeit- und Längenskalen sorgt.In diesem Projekt haben wir zunächst Polymertröpfchenauf weichen, deformierbaren Unterlagenuntersucht (Abb. rechts) [2]. Die Stärke der Absorptiondes Tröpfchens hängt eng mit der Deformationder Unterlage zusammen und gemeinsambestimmen sie die auftretende Reibung, dieentsteht, wenn sich ein Tröpfchen bewegt. Weiterhinbestimmt die mikroskopische Dynamik ander Kontaktlinie die Dissipation und den Schlupfund ist somit entscheidend für das Verständnis desAuf- oder Abtragens von Polymerschichten auf solchenOberflächen. Des Weiteren untersuchen wirden Einfluss verschiedener fester Unterlagen aufdie Grenzflächenspannungen, auf den Kontaktwinkelund auf das effektive Potential zwischen denGrenzflächen der Flüssigkeit mit der Unterlage undder Flüssigkeit mit der Gasphase [3]. Diese Erkenntnissewerden verwendet, um hydrodynamischeModelle (z.B. Dünnschichtgleichungen) fürgrößere Längenskalen zu parametrisieren. Die Abbildung(links) zeigt zwei Beispiele für solch strukturierteUnterlagen. Im weiteren Verlauf des Projektessoll insbesondere das Fließverhalten in engenKanälen zwischen derartigen Oberflächen studiertwerden. Weitere interessante Fragen ergebensich, wenn die Polymerflüssigkeit zusammen miteinem umgebenden Lösungsmittel betrachtet wird.Hier treten Verdampfungseffekte und zusätzlicheStrömungen des Lösungsmittels auf.Mehr zum Thema1. http://lammps.sandia.gov/2. F. Léonforte, J. Servantie, C. Pastorino, M.Müller, J. Phys.: Condens. Matter (2011),http://arxiv.org/abs/1005.10113. J. Servantie, M. Müller, J. Chem. Phys. 128,0124709 (2008)FörderungVolkswagenstiftung; DFG-Schwerpunktprogramm1164 Nano- und Mikrofluidik; DFG-Schwerpunktprogramm1369 Polymer-Festkörper-Kontakte;EU-ITN MULTIFLOWChemie