On the wetting behavior of copper

Abstract

Wetting phenomena do not only accompany our daily lives but also significantly affect various disciplines in the field of materials science and engineering. In order to design technical surfaces with defined wetting properties, fundamental knowledge of the interplay between material’s properties, surface chemistry, topography and wetting behavior is indispensable. This dissertation follows a systematic approach where copper serves as the model material due to its versatile application possibilities. Contrary to the widespread belief, characterization of wetting properties via static contact angle measurements proved to be a complex analysis. Time-dependent adsorption of organic compounds was identified as a crucial parameter as adsorption films mask material properties like microstructure or oxide layers. Topographically modified surfaces e.g., by direct laser interference pattering can show their potential to shift the wetting properties to extremes if combined with adequate surface chemistry while even the slightest deviation in topography can have a significant impact on the resulting wetting behavior. This dissertation provides deep insight into the complex world of wetting and contributes significantly to the fundamental understanding of wetting processes on technical copper surfaces.

Benetzungsphänomene begleiten nicht nur unseren Alltag, sie beeinflussen maßgeblich verschiedenste Disziplinen der Materialforschung und Werkstofftechnik. Ein grundlegendes Verständnis der Beziehung zwischen Materialeigenschaften, Oberflächenchemie, Topographie und Benetzungsverhalten ist unabdingbar, um technische Oberflächen mit definierten Benetzungseigenschaften zu designen. Die vorliegende Dissertation verfolgt dabei einen systematischen Ansatz, wobei Kupfer aufgrund seiner vielseitigen Einsatzmöglichkeiten als Modellwerkstoff dient. Die Charakterisierung von Benetzungseigenschaften mittels statischer Kontaktwinkelmessungen erwies sich hingegen der weit verbreiteten Meinung als komplexe Analyse. Die zeitabhängige Adsorption organischer Verbindungen hat sich dabei als Schlüsselfaktor herauskristallisiert, da Materialeigenschaften wie das Gefüge oder Oxidschichten durch Adsorbatfilme maskiert werden. Topographisch modifizierte Oberflächen z.B. durch direkte Laser-Interferenz-Strukturierung können in Verbindung mit einer adäquaten Oberflächenchemie ihr Potenzial entfalten und extreme Benetzungseigenschaften herbeiführen, wobei selbst kleinste topographische Abweichungen maßgeblich das resultierende Benetzungsverhalten beeinflussen können. Die vorliegende Dissertation liefert tiefe Einblicke in die komplexe Welt der Benetzung und leistet einen entscheidenden Beitrag zum grundlegenden Verständnis von Benetzungsvorgängen auf technischen Kupferoberflächen.