Was hält eine Sandburg aufrecht? Warum perlt Wasser von manchen Blättern so perfekt ab?

Welche Kräfte halten uns selbst (und andere Biomaterie) zusammen?

Diese Fragen führen alle direkt in das Gebiet der sog. weichen Materie, deren Eigenschaften nicht von atomaren, sondern von kolloidalen Kräften (van der Waals-Kräfte, Solvatationskräfte, Grenzflächenspannungen etc.) bestimmt werden. Während das statische Verhalten und die Volumeneigenschaften weicher Materie bereits ein klassisches Forschungsgebiet darstellen, ist deren Dynamik ebenso wie die sehr wichtigen Grenzflächenkräfte noch wenig erforscht.

Besonders anschauliche Beispiele solcher Kraftwirkungen können im Bereich der Benetzungsphänomene gefunden werden. Das Abperlen eines flüssigen Films von einer festen Unterlage, insbesondere die vielfältigen Strukturbildungsmechanismen, die vom anfänglich homogenen Film zum 'Entnetzungsmuster' führen, sind Beispiele für die Wirkung der für die weiche Materie charakteristischen Wechselwirkungen.

Derlei Benetzungskräfte sind auch wesentlich dafür verantwortlich, dass eine Sandburg nicht in sich zusammenfällt: die Sandkörner werden von der Oberflächenspannung winziger Wasserbrücken zusammengehalten. Das dynamische Verhalten solcher benetzter granularer Materie ist aber noch fast unerforscht, obwohl die Anwendungen von weiten Bereichen der Verfahrenstechnik bis in die Geophysik (Erdrutsch!) reichen.

In der Abteilung Angewandte Physik befassen wir uns primär mit den Grundmechanismen dieser Phänomene, wenn auch potentielle Anwendungen dabei nie aus dem Blickfeld geraten. Das Abperlen von Flüssigkeiten von glatten und strukturierten Substraten ist hier ebenso Thema wie das Eindringen einer Flüssigkeit in ein ungeordnetes (poröses oder granulares) Medium, oder das Fließverhalten in fluiden Mikro- und Nanostrukturen. Stets ist es das Wechselspiel molekularer Eigenschaften, der Morphologie des Systems auf der Mikro- und Nanoskala, und der Grenzflächenkräfte, die die Phänomene bestimmen. Bei derlei Untersuchungen ist es besonders wichtig, stets auf ein enges Zusammenwirken von theoretischer und experimenteller Arbeit zu achten.

Dementsprechend verwenden wir ein breites v.a. mikroskopisch orientiertes Methodenspektrum:

optische Mikroskopie, Fluoreszenzmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Elektronenmikroskopie, sowie Raster-Ramanmikroskopie.

Die theoretische Modellierung der Systeme geschieht mittels numerischer Lösungsverfahren (DGLs) und Molekulardynamik.

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