Oberflächen-Forschung : Faltenkunde

Ähnlich wie die Haut vertrockneter Früchte werden dünnste Filme aus Kunststoff runzlig, wenn sie mechanischem Stress ausgesetzt werden. Diesen Effekt nutzt ein internationales Forscherteam für ein Messverfahren, um Schichtdicke und elastische Eigenschaften solcher Polymerschichten genau zu bestimmen.

Stoff
Nicht bügelfrei: Runzeln entstehen als Antwort auf äußere Kräfte. -Foto: Imago

Die im Wissenschaftsmagazin „Science“ (Band 317, S. 650) vorgestellte Methode erfordert lediglich ein Lichtmikroskop und macht die Untersuchung komplexer neuer Materialien möglich.  „Es ist keineswegs klar, dass extrem dünne Filme dieselben Eigenschaften haben wie die massiven Materialien. Unsere Methode liefert einen schnellen und genauen Weg, dies zu überprüfen“, erklärt Narayanan Menon von der US-Universität von Massachusetts in Amherst. Das Verfahren beruht auf der Grenzflächenspannung, die entsteht, wenn ein Wassertropfen auf der Oberfläche eines in Wasser schwimmenden Kunststofffilms platziert wird. Um seine elastische Energie so gering wie möglich zu halten, verformt sich der Film und wird runzlig.

Mit einem einfachen Lichtmikroskop und einer Digitalkamera beobachteten die Forscher Anzahl und Länge der entstandenen Falten. Aus diesen Daten können sie sowohl die Schichtdicken als auch die elastischen Stoffkonstanten solcher Filme sehr genau bestimmen. Das Team testete seine Methode an Folien des gängigen Kunststoffs Polystyrol, die zwischen 31 und 233 Nanometer dick waren. Durch Zusatz eines Weichmachers veränderten sie die elastischen Eigenschaften.

Die Bildung von Runzeln als Antwort auf äußere Kräfte ist eine verbreitete Alltagserscheinung. Unsere Gesichtshaut zeigt sie, wenn wir lachen oder uns ärgern, ebenso wie die dünne Haut auf warmer Milch. Aber auch für biologische Prozesse, die sich in flüssiger Umgebung abspielen, sind solche elastischen Verformungen wichtig. So sei bereits die Faltenbildung von Zellmembranen genutzt worden, um Zellteilungsprozesse zu studieren, sagt Menon. „Wir hoffen, dass unsere Arbeit an einer einfacheren, idealisierten Situation dazu beiträgt, derartige Prozesse besser zu verstehen.“ wsa

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