Einfluss von Grenzflächen auf die Fluidik dünner Polymerfilme

Zahlreiche Technologien basieren heutzutage auf dünnen Filmen und deren Eigenschaften. Dies sind beispielsweise elektronische Bauteile, Beschichtungen wie Photolacke, die in der Lithographie Anwendung finden, oder mikrofluidische Messzellen, die eine breite Analyse kleinster Flüssigkeitsmengen ermöglichen. In all diesen Bereichen ist die genaue Kenntnis von Fließeigenschaften auf der Nanometerskala unverzichtbar. Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist, die relevanten Parameter zu charakterisieren und zu quantifizieren, die das Fließverhalten dünner Filme beeinflussen. In einem ersten Teil der Arbeit wurde der Prozess der spinodalen Entnetzung genauer untersucht. Beim quantitativen Vergleich eines Experiments mit der theoretischen Erwartung stellte sich heraus, dass thermisches Rauschen im Filmvolumen die Entnetzungsdynamik signifikant beeinflusst. Neben einer Änderung der Zeitskala verursachen thermische Fluktuationen eine Vergröberung der Strukturen, die sich an der freien Filmoberfläche bilden; das Kapillarwellenspektrum verschiebt sich. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Entnetzungsfronten einzelner Löcher in Polymerfilmen untersucht. Hier lag der Schwerpunkt auf der Randbedingung an die Strömung an der Grenzfläche zum festen Substrat, charakterisiert durch die Sliplänge. Im Verlauf der Arbeit konnten zwei Methoden entwickelt werden, die eine Quantifizierung der Sliplänge erlauben. Ein erster Ansatz geht hierbei von der Entnetzungsgeschwindigkeit aus. Aus dem genauen Verlauf des Lochwachstums konnte die Sliplänge grob abgeschätzt werden. Als bessere Methode erwies sich jedoch die Analyse von Randwülsten, die sich um jedes Loch ausbilden. Auf der Grundlage eines neuen Lubrikationsmodells für starkes Rutschen konnte ein Auswertungsverfahren entwickelt werden, das die Bestimmung sowohl der Sliplänge als auch der Filmviskosität aus dem Randwulstprofil ermöglicht. Diese neue, konsistente Methode zur Quantifizierung der Randbedingung an der Grenzfläche zum Substrat bietet die Grundlage zur Untersuchung weiterer Systeme und dient somit der Optimierung technologischer Anwendungen dünner Filme.