Phasenübergangsdynamik überhitzter Flüssigkeiten an Grenzflächen auf kurzen Zeitskalen

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Gegenstand des Projekts sind zeitlich hochauflösende Untersuchungen zur Dynamik des Phasenübergangs in überhitzten Flüssigkeiten an Festkörperoberflächen. Insbesondere sollen Flüssigkeitsfilme von nur einigen nm Dicke auf verschiedenen Substraten betrachtet werden. Wesentliche Aspekte werden die grundlegenden Vorgänge in der Anfangsphase des Phasenübergangs und der Einfluss der Oberflächenstruktur auf den Prozess sein. Zunächst soll dabei detailliert der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand an einer "ideal glatten" Substratoberfläche untersucht werden. Anschließend werden durch Vorstrukturierung der Substrate wohldefinierte Nukleationszentren unterschiedlicher Form und Größe vorgegeben und deren Einfluss auf die Dynamik des Vorgangs erforscht. Die Erhitzung der Flüssigkeitschichten unterschiedlicher Dicke in einen metastabilen oder instabilen Zustand wird durch Bestrahlung mit einem kurzen Laserpuls erreicht. Die darauf folgende Nukleation, eventuell auftretende spinodale Prozesse und Gasblasenwachstum können anschließend an diesem System mittels optischer Methoden beobachtet werden. Die experimentellen Techniken, die dazu eingesetzt werden sollen, verknüpfen ein zeitliches Auflösungsvermögen im sub-ns Bereich mit einer räumlichen Empfindlichkeit von wenigen nm in senkrechter Richtung zur Substratoberfläche. Beim Übergang zu extrem dünnen Filmen werden die Abmessungen des Systems mit den für den Vorgang relevanten Längenskalen, wie beispielsweise dem kritischen Gasblasenradius, vergleichbar. Bei Phasenübergängen in flüssigen Schichten mit Ausdehnungen im nm-Bereich ist folglich ein zu ausgedehnten Flüssigkeitsvolumina abweichendes Verhalten zu erwarten, dessen Einzelheiten bisher unbekannt sind. Neben den grundlagenorientierten Gesichtspunkten der beschriebenen Prozesse sind die untersuchten Vorgänge eng verzahnt mit Fragestellungen aus anwendungsnahen Gebieten, wie dem Steam Laser Cleaning zur Reinigung von Nanopartikeln oder der Modifikation von flüssigkeitsbedeckten Oberflächen durch die beim Phasenübergang entstehenden Druckwellen.