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Benetzung und Rauheit – Was tun, wenn Wenzel nicht funktioniert?

Wie Kontaktwinkelmessungen und Konfokalmikroskopie eine empirische Lösung liefern können

Dass die Rauheit einer Oberfläche deren Benetzungsverhalten beeinflussen kann, ist bekannt und von Wenzel in seiner Theorie mit einer einfachen Gleichung beschrieben. Aber wie gut lässt sich diese Theorie auf die industrielle Praxis übertragen? Wir haben den Test gemacht und Siliziumwafer durch reaktives Ionenätzen sehr präzise mikrostrukturiert, ohne jedoch die chemische Struktur der Oberfläche und damit deren freie Oberflächenenergie zu verändern.

 

Mit Hilfe des Surface Roughness Analyzers – SRA wurde die Mikrostruktur der Oberflächen konfokalmikroskopisch nachgemessen, um die für Wenzels Theorie relevanten Parameter zu ermitteln. Kontaktwinkelmessungen auf den unterschiedlich strukturierten Proben wiesen überraschenderweise eine Wenzels Vorhersage entgegengesetzte Korrelation auf. Dieses Beispiel zeigt, dass eine Korrektur von Kontaktwinkeldaten, welche Wenzels Annahmen als einzige Grundlage nutzt, nicht zu empfehlen ist. Durch Messung sowohl der Rauheit als auch des Kontaktwinkels lässt sich jedoch in der Praxis oftmals eine empirische Lösung finden, um die Effekte von Rauheit und Oberflächenenergie auf das Benetzungsverhalten getrennt untersuchen und schließlich auch vorhersagen zu können.

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