B05

B05: Molekulare Modellierung komplexer Fluide im Bereich der Dreiphasenkontaktlinie

Molekulare Simulation einer Flüssigkeitsbrücke (Höhe ca. 70 nm) zwischen elektrisch geladenen Graphen-Oberflächen. Bild: Nico van der Vegt
Molekulare Simulation einer Flüssigkeitsbrücke (Höhe ca. 70 nm) zwischen elektrisch geladenen Graphen-Oberflächen. Bild: Nico van der Vegt

Teilprojekt B05 zielt auf das Verständnis der Wechselwirkung von Transport- und Benetzungsvorgängen auf molekularer Ebene ab. Zudem liefert es makroskopische Modellparameter durch molekulare Betrachtung der Materie in ihrem physiko-chemischen Verhalten. Schwerpunkte sind die Zusammenhänge zwischen Fluid-Festkörper-Interaktionen an glatten homogenen oder chemisch heterogenen Oberflächen. Aus MD-Simulationen werden zudem Parameter der Randbedingungen (wie z.B. Schlupflänge) z.B. in Surfactant-Systemen ermittelt und in kontinuumsmechanische Simulationen in OpenFOAM eingespeist. Gemeinsam mit anderen Teilprojekten aus B (insb. B01, B02) soll letztlich eine hierarchische Mehrskalenmodellierung erarbeitet werden.

Statische und dynamische Eigenschaften von Dreiphasenkontaktlinien (DPK) sind noch weitgehend unverstanden. Die Abbildung oben zeigt die molekulare Simulation einer Flüssigkeitsbrücke (Höhe ca. 70 nm) zwischen elektrisch geladenen Graphen-Oberflächen (F. Taherian et. al. , 2015, DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b00625). Obwohl die Flüssig-fest-Grenzflächenenergie einen symmetrischen Zusammenhang mit der Polarität der Oberfläche aufweist, wird eine Kontaktwinkelasymmetrie beobachtet. Diese Asymmetrie wird von lokalen Fluideigenschaften, welche sich von Bulk-Fluid-Eigenschaften unterscheiden, im nanoskopischen Bereich nah zu den Kontaktlinien auf den positiv und negativ geladenen Oberflächen ausgelöst. Die Elektrokapillaritätsgleichung (Young-Lippmann), welche auf globalen anstatt auf lokalen Änderungen der Grenzflächenenergie beruht, ist infolgedessen nicht anwendbar. Im Kontaktlinienbereich der negativ geladenen Graphen-Schicht bilden solvatisierte Na+- und Cl-Ionen bevorzugt elektrisch neutrale Ionenpaare, die auf der positiv geladenen Graphen-Schicht instabil sind.