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Micron Document

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<title>Entnetzung</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">Entnetzung</h1>

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</div>

Entnetzung (englisch: dewetting) umfasst die Verkleinerung der Kontaktfläche zwischen einer im wissenschaftlichen Kontext auch als <a href="Substrat_(Materialwissenschaft)" title="Substrat (Materialwissenschaft)">Substrat</a> bezeichneten <a href="Festk%C3%B6rper" title="Festkörper">festen</a> oder einer <a href="Fl%C3%BCssigkeit" title="Flüssigkeit">flüssigen</a> Oberfläche und einem zweiten <a href="Chemischer_Stoff" class="mw-redirect" title="Chemischer Stoff">Material</a>, das sich als <a href="Kondensierte_Materie" title="Kondensierte Materie">kondensierte</a> <a href="Phase_(Materie)" title="Phase (Materie)">Phase</a> in Kontakt mit der Oberfläche befindet.<a href="#cite_note-:0-1">[1]</a><a href="#cite_note-:1-2">[2]</a><a href="#cite_note-3">[3]</a> Beispielsweise entnetzen <a href="Fl%C3%BCssigkeit" title="Flüssigkeit">Flüssigkeiten</a>, wenn diese auf festen Oberflächen mit geringer Benetzbarkeit aufgebracht werden, und bilden schließlich <a href="Tropfen" title="Tropfen">Tropfen</a>.<a href="#cite_note-4">[4]</a><a href="#cite_note-:2-5">[5]</a> Ebenso können dünne feste Filme unterhalb des <a href="Schmelzpunkt" title="Schmelzpunkt">Schmelzpunktes</a> des Film-Materials entnetzen (englisch: solid-state dewetting).<a href="#cite_note-6">[6]</a><a href="#cite_note-7">[7]</a>

Der der Entnetzung entgegengesetzte Prozess ist <a href="Benetzung" title="Benetzung">Benetzung</a>.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Physikalische_Grundlagen">Physikalische Grundlagen</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Thermodynamische_Aspekte">Thermodynamische Aspekte</h3></div>

Der durch Benetzungs- und Entnetzungsprozesse erreichbare <a href="Thermodynamisches_Gleichgewicht" title="Thermodynamisches Gleichgewicht">Gleichgewichtszustand</a> eines sich auf einer idealen Oberfläche befindlichen kondensierten Materials wird durch den Gleichgewichts-<a href="Kontaktwinkel" title="Kontaktwinkel">Kontaktwinkel</a> beschrieben. Dieser wird wiederum durch die <a href="Youngsche_Gleichung" title="Youngsche Gleichung">Youngsche Gleichung</a> mit den <a href="Oberfl%C3%A4chenenergie" title="Oberflächenenergie">Oberflächenenergien</a> der idealen Oberfläche und des mit dieser in Kontakt stehenden kondensierten Materials sowie der <a href="Grenzfl%C3%A4chenspannung" title="Grenzflächenspannung">Grenzflächenenergie</a> zwischen idealer Oberfläche und dem mit dieser in Kontakt stehenden kondensierten Material in Relation gesetzt. Mittels verschiedener Methoden, wie <a href="Rotationsbeschichtung" title="Rotationsbeschichtung">Rotationsbeschichtung</a> (englisch: spin coating) oder <a href="Chemical_Solution_Deposition#Tauchbeschichtung" title="Chemical Solution Deposition">Tauchbeschichtung</a> (englisch: dip coating), lassen sich kontinuierliche dünne flüssige Filme auf Substraten herstellen. Die so erhaltenen Filme sind thermodynamisch stabil, wenn die Flüssigkeit auf dem Substrat <a href="Spreitung" title="Spreitung">spreitet</a>, der Kontaktwinkel der filmbildenden Flüssigkeit auf dem Substrat also gleich null ist. Ist der Kontaktwinkel größer null, ist der Film <a href="Thermodynamik" title="Thermodynamik">thermodynamisch</a> nicht im <a href="Thermodynamisches_Gleichgewicht" title="Thermodynamisches Gleichgewicht">Gleichgewicht</a>. In der Folge findet Entnetzung statt, die den Film sukzessive in dem Gleichgewicht näher liegende Zustände überführt.<a href="#cite_note-8">[8]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Zusammenhang_mit_Verdunstung">Zusammenhang mit Verdunstung</h3></div>

<a href="Verdunstung" title="Verdunstung">Verdunstung</a> tritt auf, wenn eine in Kontakt mit einer Flüssigkeit stehende <a href="Gas" title="Gas">Gasphase</a> nicht mit dem Stoff, aus dem die Flüssigkeit besteht, <a href="S%C3%A4ttigung_(Physik)" title="Sättigung (Physik)">gesättigt</a> ist. Dies bedeutet, dass der Stoff, aus dem die Flüssigkeit besteht, in der Gasphase nicht seinen <a href="S%C3%A4ttigungsdampfdruck" title="Sättigungsdampfdruck">Sättigungsdampfdruck</a> erreicht. Entnetzung ist mit Verdunstung gekoppelt, wenn die verdunstende Flüssigkeit in Kontakt mit einem Substrat steht und sich während des Verdunstens die Kontaktfläche zwischen der verdunstenden Flüssigkeit und dem Substrat verkleinert. In einem idealtypischen Szenario für die Kopplung von Verdunstung und Entnetzung bleibt während des Verdunstens eines auf einer Oberfläche befindlichen Flüssigkeitstropfens dessen <a href="Kontaktwinkel" title="Kontaktwinkel">Kontaktwinkel</a> konstant (englisch: constant contact angle mode).<a href="#cite_note-9">[9]</a><a href="#cite_note-10">[10]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Entnetzungsmechanismen">Entnetzungsmechanismen</h3></div>

Typischerweise brechen flüssige Filme auf, indem in diesen durch thermische oder heterogene <a href="Keimbildung" title="Keimbildung">Nukleation</a> zylindrische Löcher entstehen. Diese wachsen, bis diese nur noch durch Flüssigkeitsfäden voneinander getrennt sind und so eine zelluläre Struktur bilden. Aufgrund der <a href="Plateau-Rayleigh-Instabilit%C3%A4t" title="Plateau-Rayleigh-Instabilität">Plateau-Rayleigh-Instabilität</a> zerfallen die Flüssigkeitsfäden schließlich in Tropfenketten.<a href="#cite_note-:1-2">[2]</a><a href="#cite_note-:2-5">[5]</a><a href="#cite_note-11">[11]</a><a href="#cite_note-12">[12]</a>

Im Falle <a href="D%C3%BCnne_Schichten" title="Dünne Schichten">dünner Filme</a> auf festen Substraten kann Entnetzung nach einem Mechanismus analog zu <a href="Spinodale_Entmischung" class="mw-redirect" title="Spinodale Entmischung">spinodaler Entmischung</a> durch das spontane Wachstum gleichmäßig verteilter Dicken-Variationen erfolgen.<a href="#cite_note-13">[13]</a><a href="#cite_note-14">[14]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Hydrodynamische_Aspekte">Hydrodynamische Aspekte</h3></div>

Benetzungs- und Entnetzungsprozesse werden häufig durch <a href="Mikroskopisch_und_makroskopisch" title="Mikroskopisch und makroskopisch">makroskopische</a> <a href="Fluiddynamik" title="Fluiddynamik">hydrodynamische</a> Prozesse überlagert oder treten mit diesen gekoppelt auf.<a href="#cite_note-15">[15]</a> Dies ist der Fall, wenn die Dicke eines flüssigen Films auf einer Oberfläche größer ist als die Distanz, über die <a href="Van-der-Waals-Kr%C3%A4fte" title="Van-der-Waals-Kräfte">van der Waals-Wechselwirkungen</a> dominieren. In derartigen Szenarien entnetzen anscheinend selbst Flüssigkeiten, die auf der mit diesen in Kontakt stehenden Oberfläche aus thermodynamischer Sicht spreiten sollten, also einen Kontaktwinkel von null aufweisen. Tatsächlich bleiben die auf den ersten Blick entnetzten Bereiche auf der Oberfläche jedoch durch Schichten der Flüssigkeit mit Dicken im Nanometerbereich bedeckt.<a href="#cite_note-16">[16]</a>

<div class="gallerytext">Rundes Loch in einem etwa 100 nm dicken Polystyrol-Film. Die Farbe kodiert die Filmdicke.</div>

</li>

<div class="gallerytext"><a href="Rasterkraftmikroskop" title="Rasterkraftmikroskop">Rasterkraftmikroskopisches</a> Höhenprofil eines durch Entnetzung gebildeten Lochrandes. Das durch Entnetzung aus dem Loch entfernte Material akkumuliert am Lochrand (ursprüngliche Filmdicke: 100 nm).</div>

</li>

<div class="gallerytext">Durch <a href="Koaleszenz" title="Koaleszenz">Koaleszenz</a> von Entnetzungs-Löchern gebildete <a href="Polygon" title="Polygon">Polygone</a> mit einer Struktur, die <a href="Voronoi-Diagramm" title="Voronoi-Diagramm">Voronoi-Diagrammen</a> ähnelt.</div>

</li>

<div class="gallerytext">Im weiteren Verlauf zerfallen die Polygone aufgrund der Plateau-Rayleigh-Instabilität in Tropfenketten.</div>

</li>

<div class="gallerytext">Instabilitäten des Tropfenrandes im Falle eines entnetzenden Polystyrolfilmes mit einer ursprünglichen Dicke von 200 nm.</div>

</li>

</ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Oberflächenstrukturierung_durch_Entnetzung">Oberflächenstrukturierung durch Entnetzung</h2></div>

Entnetzungsprozesse können zur gezielten Strukturierung von Oberflächen eingesetzt werden.<a href="#cite_note-17">[17]</a> Die chemische Strukturierung von festen Oberflächen mittels Mikrokontaktdruck ermöglicht es beispielsweise, die Entnetzung von <a href="Polystyrol" title="Polystyrol">Polystyrol</a>-Filmen so zu steuern, dass sich Polystyroltropfen nur in bestimmten Oberflächenbereichen bilden.<a href="#cite_note-18">[18]</a> Auf ähnliche Art lassen sich Polystyrol-Streifen sowie komplexe Polystyrol-Muster auf chemisch strukturierten Oberflächen erzeugen.<a href="#cite_note-19">[19]</a> Scheidet man Wasser auf Oberflächen mit wasserabweisenden hydrophoben sowie hydrophilen („wasserliebenden“) Bereichen ab, entnetzten die hydrophoben Bereiche, während die hydrophilen Bereiche mit Wassertropfen bedeckt sind. Auf diese Weise zugängliche Felder von Wassertropfen können beispielsweise für die Hochdurchsatz-Durchmusterung von Stammzellen eingesetzt werden.<a href="#cite_note-20">[20]</a> Bilden <a href="L%C3%B6sung_(Chemie)" title="Lösung (Chemie)">Lösungen</a> oder kolloidale <a href="Suspension_(Chemie)" title="Suspension (Chemie)">Suspensionen</a> <a href="Meniskus_(Hydrostatik)" title="Meniskus (Hydrostatik)">Menisken</a> in räumlich begrenzenden Geometrien aus, etwa zwischen einer flachen Oberfläche und einer Kugel oder einem Keil, kann Entnetzung kombiniert mit Verdunstung zur Abscheidung von konzentrischen Kreisen oder Streifenmustern aus den gelösten Stoffen oder suspendierten <a href="Kolloid" title="Kolloid">Kolloiden</a> führen. Der Grund hierfür ist, dass die äußeren Kontaktlinien der Menisken wiederholt temporär fixiert sind und dann ruckartig zurückweichen. Der sogenannte <a href="Kaffeering" title="Kaffeering">Kaffeering</a>-Effekt führt zur Ablagerung nichtflüchtiger Komponenten an den temporär immobilisierten Kontaktlinien.<a href="#cite_note-21">[21]</a><a href="#cite_note-22">[22]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-:0-1"><a href="#cite_ref-:0_1-0">↑</a> Daniel Bonn, Jens Eggers, Joseph Indekeu, Jacques Meunier, Etienne Rolley: <cite style="font-style:italic">Wetting and spreading</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Reviews of Modern Physics</cite>. Band 81, Nr. 2, 27. Mai 2009, S. 739–805, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.739">10.1103/RevModPhys.81.739</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Entnetzung&rft.atitle=Wetting+and+spreading&rft.au=Daniel+Bonn%2C+Jens+Eggers%2C+Joseph+Indekeu%2C+...&rft.date=2009-05-27&rft.doi=10.1103%2FRevModPhys.81.739&rft.genre=journal&rft.issue=2&rft.jtitle=Reviews+of+Modern+Physics&rft.pages=739-805&rft.volume=81" style="display:none">

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<li id="cite_note-:1-2">↑ <a href="#cite_ref-:1_2-0">a</a> <a href="#cite_ref-:1_2-1">b</a> Günter Reiter: <cite style="font-style:italic">Dewetting of thin polymer films</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Physical Review Letters</cite>. Band 68, Nr. 1, 6. Januar 1992, S. 75–78, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.75">10.1103/PhysRevLett.68.75</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Entnetzung&rft.atitle=Dewetting+of+thin+polymer+films&rft.au=G%C3%BCnter+Reiter&rft.date=1992-01-06&rft.doi=10.1103%2FPhysRevLett.68.75&rft.genre=journal&rft.issue=1&rft.jtitle=Physical+Review+Letters&rft.pages=75-78&rft.volume=68" style="display:none">

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<li id="cite_note-4"><a href="#cite_ref-4">↑</a> Alexander Nepomnyashchy: <cite style="font-style:italic">Droplet on a liquid substrate: Wetting, dewetting, dynamics, instabilities</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Current Opinion in Colloid & Interface Science</cite>. Band 51, Februar 2021, S. 101398, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.cocis.2020.101398">10.1016/j.cocis.2020.101398</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Entnetzung&rft.atitle=Droplet+on+a+liquid+substrate%3A+Wetting%2C+dewetting%2C+dynamics%2C+instabilities&rft.au=Alexander+Nepomnyashchy&rft.btitle=Current+Opinion+in+Colloid+%26+Interface+Science&rft.date=2021-02&rft.doi=10.1016%2Fj.cocis.2020.101398&rft.genre=book&rft.pages=101398&rft.volume=51" style="display:none">

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<li id="cite_note-:2-5">↑ <a href="#cite_ref-:2_5-0">a</a> <a href="#cite_ref-:2_5-1">b</a> Ziv Golany, Inbal Weisbord, Mohammad Abo-Jabal, Ofer Manor, Tamar Segal-Peretz: <cite style="font-style:italic">Polymer dewetting in solvent-non-solvent environment- new insights on dynamics and lithography-free patterning</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Journal of Colloid and Interface Science</cite>. Band 596, August 2021, S. 267–277, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.02.092">10.1016/j.jcis.2021.02.092</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Entnetzung&rft.atitle=Polymer+dewetting+in+solvent-non-solvent+environment-+new+insights+on+dynamics+and+lithography-free+patterning&rft.au=Ziv+Golany%2C+Inbal+Weisbord%2C+Mohammad+Abo-Jabal%2C+...&rft.btitle=Journal+of+Colloid+and+Interface+Science&rft.date=2021-08&rft.doi=10.1016%2Fj.jcis.2021.02.092&rft.genre=book&rft.pages=267-277&rft.volume=596" style="display:none">

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<li id="cite_note-6"><a href="#cite_ref-6">↑</a> Carl V. Thompson: <cite style="font-style:italic">Solid-State Dewetting of Thin Films</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Annual Review of Materials Research</cite>. Band 42, Nr. 1, 4. August 2012, S. 399–434, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070511-155048">10.1146/annurev-matsci-070511-155048</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Entnetzung&rft.atitle=Solid-State+Dewetting+of+Thin+Films&rft.au=Carl+V.+Thompson&rft.date=2012-08-04&rft.doi=10.1146%2Fannurev-matsci-070511-155048&rft.genre=journal&rft.issue=1&rft.jtitle=Annual+Review+of+Materials+Research&rft.pages=399-434&rft.volume=42" style="display:none">

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<li id="cite_note-7"><a href="#cite_ref-7">↑</a> F. Leroy, ł. Borowik, F. Cheynis, Y. Almadori, S. Curiotto, M. Trautmann, J.C. Barbé, P. Müller: <cite style="font-style:italic">How to control solid state dewetting: A short review</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Surface Science Reports</cite>. Band 71, Nr. 2, Juni 2016, S. 391–409, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2016.03.002">10.1016/j.surfrep.2016.03.002</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Entnetzung&rft.atitle=How+to+control+solid+state+dewetting%3A+A+short+review&rft.au=F.+Leroy%2C+%C5%82.+Borowik%2C+F.+Cheynis%2C+...&rft.date=2016-06&rft.doi=10.1016%2Fj.surfrep.2016.03.002&rft.genre=journal&rft.issue=2&rft.jtitle=Surface+Science+Reports&rft.pages=391-409&rft.volume=71" style="display:none">

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<li id="cite_note-8"><a href="#cite_ref-8">↑</a> Hans-Jürgen Butt, Karlheinz Graf, Michael Kappl: <cite style="font-style:italic">Physics and Chemistry of Interfaces</cite>. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2003, ISBN 978-3-527-40413-1, S. 138, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1002/3527602313.ch7">10.1002/3527602313.ch7</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Entnetzung&rft.au=Hans-J%C3%BCrgen+Butt%2C+Karlheinz+Graf%2C+Michael+Kappl&rft.btitle=Physics+and+Chemistry+of+Interfaces&rft.date=2003&rft.doi=10.1002%2F3527602313.ch7&rft.genre=book&rft.isbn=9783527404131&rft.pages=138&rft.place=Weinheim&rft.pub=Wiley-VCH+Verlag+GmbH+%26+Co.+KGaA" style="display:none">

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