NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/nieuws/2007/08/03/met-een-waterdruppel-de-dikte-van-polymeerfilms-bepalen/

Geprint op :
16 januari 2019
05:31:15

 
Voor hun metingen gebruikten de onderzoekers dunne lagen (in het jargon films) polystyreen die ze hechtten aan een ondergrond van glas. De dikte van de dunne lagen, bepaald met behulp van röntgenreflectie, varieerde van 31 tot 233 nanometer. Vervolgens kerfden ze in elk van de laagjes een cirkel met een diameter van 22,8 millimeter en dompelden het daarna in een petrischaal onder in gedistilleerd gedeïoniseerd water. Daarin liet dat omcirkelde deel van de dunne lagen los en ging op het water drijven. Omdat polystyreen zogeheten hydrofoob is, trekt de oppervlaktespanning aan de rand van de laag het polystyreen vlak. Zo ontstonden drijvende vlakke schijfjes polystyreen. Als de onderzoekers er vervolgens in het midden een druppeltje water op neer lieten of er met een naaldje op drukten, ontstonden ten gevolge van die verstoring regelmatig gevormde patronen van naar buiten gerichte rimpels. Het rimpelpatroon blijkt keurig overeen te komen met wat recent ontwikkelde theorie voorspelt. Die theorie vertaalt de oppervlaktespanning van de waterdruppel in capillaire krachten die op de polymeerfilm werken. De onderzoekers hebben nu de schalingsrelaties die uit deze theorie volgen voor de lengte van de rimpels gecombineerd met die voor het aantal rimpels dat ontstaat. Dat levert een meetstandaard op om de elasticiteit en de dikte van zeer dunne polymeerlagen te bepalen. Daarvoor is in de praktijk zo blijkt nu niet meer nodig dan een petrischaaltje met water, een simpele microscoop, want de patronen zijn al bij geringe vergroting uitstekend zichtbaar, en een digitale camera. Ze hebben hun methode daarna getest op polymeerfilms die ze hadden voorzien van weekmaker om de elasticiteit van de films te variëren. Ook dan levert de methode betrouwbare resultaten voor de dikte van de films op.

De werkwijze die de onderzoekers hebben ontwikkeld, heeft nog een ander groot voordeel. Wanneer ze de film verstoren, door er die waterdruppel op neer te laten of met een naaldje te duwen, ontstaan de rimpels. Na verloop van tijd verdwijnen die omdat de verstoringen zich over de hele film uitsmeren. De film ontspant als het ware. Bij andere onderzoeksmethodes worden de films op een vaste ondergrond aangebracht en dat kan tot mechanische spanningen in de lagen leiden. Die verstoren de ' ontspanning' van de film, wat de meetresultaten beïnvloedt. Wanneer de films in of op een vloeistof drijven, kunnen dergelijke spanningen eerst naar de onderliggende vloeistof wegebben, waarna de metingen uitsluitend het proces van het rimpelen weergeven.

Meer informatie bij prof.dr. Wim de Jeu, telefoon 020 - 608 12 34.

Referentie:
Jiangshui Huang, Megan Juszkiewicz, Wim de Jeu, Emrique Cerda, Todd Emrick, Narayanan Menon en Thomas Russell, Capillary wrinkling of floating thin polymer films, Science, 3 augustus 2007.

Alle auteurs, op Cerda na, zijn verbonden aan de Universiteit of Massachusetts, in Amherst, MA, Verenigde Staten. Cerda werkt bij de Universiteit van Santiago de Chile in Chili. De Jeu - nu bij het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) in Amsterdam - zal vanaf 1 oktober 2007 voor drie jaar gaan werken bij het National Polymer Center van de University of Massachusetts in Amherst.