Benetzungsverhältnisse

Benetzungsverhältnisse beschreiben das Wetting-Verhalten einer Flüssigkeit auf einer Feststoffoberfläche. Zentrales Maß ist der Kontaktwinkel θ, der im Gleichgewicht am Kontaktpunkt zwischen Flüssigkeit, Feststoff und Gas gemessen wird. Ein kleiner θ signalisiert gute Benetzung; ein großer θ deutet auf geringe Benetzung hin. Typische Kategorien sind vollständige Benetzung (θ nahe 0°), partielle Benetzung (0° < θ < 90°) und schlechte Benetzung (θ > 90°).

Die Benetzung folgt oft der Youngschen Gleichung: γ_SV = γ_SL + γ_LV cos θ, wobei γ_SV, γ_SL und γ_LV die Oberflächenspannungen der jeweiligen Grenzflächen sind. Ihr Wert hängt von chemischen Wechselwirkungen und der Oberflächenstruktur ab.

Oberflächenrauheit und Struktur beeinflussen den effektiven Kontaktwinkel. Zwei gängige Modelle sind das Wenzel-Modell, das die Wirkung einer rauen Oberfläche durch einen Faktor r berücksichtigt, und das Cassie-Baxter-Modell, das bei texturierten oder porösen Oberflächen die Zwischenräume miteinbezieht.

Dynamische Benetzung betrachtet fortschreitende und rücklaufende Kontaktwinkel, die sich wegen Hysterese und Oberflächenviskosität unterscheiden. Messungen erfolgen häufig mittels Sessile-Drop-Technik, Tilting-Plate-Tests oder captive-bubble-Verfahren.

Anwendungen: Die Kenntnis der Benetzungsverhältnisse ist entscheidend in Beschichtung, Lackierung, Mikrofluidik, Druckprozessen sowie in der Biomedizin, etwa für die Haftung von Geweben oder Funktionsschichten.