Projects

  • Efficient simulations of dynamic wetting of flexible substrates - S. Aland

    Efficient simulations of dynamic wetting of flexible substrates
    Effiziente Simulationen der Benetzungsdynamik flexibler Substrate

    PI: Prof. Dr. Sebastian Aland, Faculty of Informatics/Mathematics, HTW Dresden, 01069 Dresden
    PhD Student: Dominic Mokbel

    Die Benetzung elastischer Substrate spielt eine bedeutende Rolle in der Natur und in technologischen Anwendungen. Dennoch ist die Modellierung und Simulation solche Prozesse nach Grundsätzen der Kontinuumsmechanik kaum erforscht. In diesem Projekt entwickeln wir numerische Methoden für die Kopplung von Zweiphasenströmung mit elastischen Substraten. Dazu kombinieren wir das Phasenfeldmodell für bewegte Kontaktlinien mit Methoden der Fluid-Struktur Interaktion auf eine effiziente und robuste Weise. Mit den entstandenen numerischen Methoden untersuchen wir spannende Phänomene die in Experimenten entdeckt wurden:
    (i) die stick-slip Bewegung eines flüssigen Tropfens auf einem viskoelastischen Substrat,
    (ii) die komplizierte Benetzungsdynamik auf strukturierten, elastischen Oberflächen und
    (iii) die langreichweitige Interaktion flüssiger Tropfen durch ein weiches Substrat (cheerios effect).
    All diese Punkte werden in Kooperation mit experimentellen und theoretischen Projekten des SPP durchgeführt, um schließlich ein tieferes Verständnis für die grundlegende Physik hinter der Benetzungsdynamik auf elastischen Substraten zu schaffen.


    Wetting of elastic substrates (i.e. soft wetting) plays a major role in a broad variety of phenomena in nature and technology. Yet, the continuum modeling and simulation of soft wetting has remained
    essentially unexplored. In this project we develop numerical methods for the coupling of two-phase flow to elastic bodies and substrates. Thereby, we combine phase-field modeling of moving contact lines with efficient methods for fluid-structure interaction to develop an efficient numerical framework to simulate various aspects of soft wetting. The numerical models are applied to investigate three exciting phenomena that have been discovered in experiments:
    (i) the stick-slip motion arising from interaction of a liquid drop with a viscoelastic substrate,
    (ii) the complicated wetting dynamics of elastic structured surfaces, and
    (iii) the substrate-mediated long range interaction of liquid drops (cheerios effect).
    All these points are addressed in collaboration with experimental and theoretical projects within the SPP to finally establish a deeper understanding of the fundamental physics behind the dynamic wetting of elastic substrates.

    Most physical and biological systems involve material surfaces or interfaces which move and deform over time: from the flow of a fluid droplet to the growth of a biological organ. To describe such systems, our group develops mathematical models for the complex interplay of fluid, elastic and reactive phases which move, deform and grow over time. We combine methods from mathematics, physics and high-performance computing to numerically simulate the behavior of such systems to help understand them beyond the reach of experimental observations.

    www.alandlab.de

    Numerical simulation of a droplet on a partly hydrophilic
    (patterned) and partly hydrophobic (plain) substrate.

    Aland, S., & Chen, F. (2015). An Efficient and Energy Stable Scheme for a Phase-field Model for the Moving Contact Line Problem. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 81(11), 657–671. https://doi.org/10.1002/fld.4200
    Mokbel, D., Abels, H., & Aland, S. (2018). A phase-field model for fluid–structure interaction. Journal of Computational Physics, 372, 823–840. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2018.06.063

  • Impact of co-nonsolvency effects on dynamic wetting - G.K. Auernhammer, A. Fery, P. Uhlmann

  • The molecular scale of switchable wetting - E. Backus

    The molecular scale of switchable wetting
    Die molekulare Ebene schaltbarer Benetzung

    PI1: Ellen H.G. Backus, Max Planck Institute for Polymer Research, Ackermannweg 10, 55128 Mainz, Germany
    and Department of Physical Chemistry, University of Vienna, Waehringer Strasse 42, 1090 Vienna, Austria
    PI2: Mischa Bonn, Max Planck Institute for Polymer Research, Ackermannweg 10, 55128 Mainz, Germany

    http://www.mpip-mainz.mpg.de/water_interfaces
    https://pchem.univie.ac.at/forschung-arbeitsgruppen/ultraschnelle-und-nichtlineare-spektroskopie/

    Intermolecular interfacial interactions co-determine macroscopic wetting properties, yet insights into wetting at the molecular level have been lacking. In this project we use photoswitchable surfaces based on spiropyran/merocyanine isomerization to instantaneously switch the surface’s wetting properties, and follow the molecular response of water in real-time. In the closed spiropyran form, the molecule is nonpolar, while it is zwitterionic in the open merocyanine form. Under UV light irradiation the merocyanine form is obtained; visible light switches the molecule back to the closed form. It is well-known that surfaces functionalized with the spiropyran/merocyanine pair behave hydrophobic for the spiropyran case, but hydrophilic for the merocyanine form. The ability to switch the hydrophobicity of these surfaces using ultrashort laser pulses – shorter than the timescales on which molecules reorient –provides a unique way to follow the response of water to a step change in the hydrophobic surface properties. In this manner, we aim to obtain molecular-level information about the (de)wetting dynamics at switchable substrates and to correlate molecular-level details on the water organization with macroscopic wetting properties. The structure of water and the organic coating at the interface will be investigated before, during, and after photoswitching using sum frequency generation (SFG) spectroscopy.

    Intermolekulare Oberflächenwechselwirkungen bestimmen maßgeblich die Benetzungseigenschaften. Allerdings mangelt es an Untersuchungen der Benetzung auf molekularer Ebene. Um derartige Einblicke zu erhalten, beabsichtigen wir photoschaltbarer Oberflächen zu verwenden, welche auf Spiropyran/Merocyanin-Isomerisation basieren und zur unmittelbaren Umschaltung der Benetzungseigenschaften einer Oberfläche und der Verfolgung der molekularen Reaktion in Echtzeit dienen. In der geschlossenen Spiropyranform ist das Molekül unpolar während die offene Merocyanin-Form zwitterionisch ist. Unter UV-Belichtung erhält man die Merocyanin-Form, unter sichtbarem Licht hingegen schaltet das Molekül in die geschlossene Form zurück. Es ist bekannt, dass diese funktionalisierten Oberflächen sich im Fall des Spiropyrans hydrophob und für im Fall der Merocyanin-Form dagegen hydrophil verhalten. Die Möglichkeit die Hydrophobizität dieser Oberflächen mittels ultrakurzer Laserpulse – kürzer als die Zeitskala innerhalb derer Moleküle sich reorientieren – zu schalten bietet uns die einzigartige Möglichkeit, der Reaktion des Wassers auf eine sprungartige Änderung der hydrophoben Oberflächeneigenschaften zu folgen. Unser Ziel ist es auf diese Weise Einblicke in die Dynamik der Be- und Entnetzung schaltbarer Substrate auf molekularer Ebene zu erhalten und mit makroskopischen Benetzungseigenschaften zu korrelieren.
    Die Struktur des Wassers und die der organischen Oberflächenbeschichtung werden vor, während und nach dem Photoschalten mittels Summenfrequenzspektroskopie (SFG) untersucht.

    The interest of the research group is on understanding structure and dynamics of a wide variety of interfaces ranging from biological model cell membrane systems, ice interfaces, water at mineral interfaces, to photocatalytic water dissociation at oxide interfaces. We use the surface specific vibrational spectroscopy sum frequency generation (SFG) method to obtain molecular level information of just the interfacial molecules. In SFG, an infrared laser pulse and a visible laser pulse are overlapped at the interface. If the infrared laser pulse is in resonance with a molecular vibration, the signal is strongly enhanced. Due to its selection rules, SFG probes specifically the interfacial layers and does not provide information on the bulk material. In the case of water, the vibrational frequency provides information about the strength of the hydrogen bond network, while the intensity of the signal is a measure for the amount of water alignment. Furthermore, we can obtain information about the ordering of the organic layers from CH vibrations. By combining the SFG probe method with an optical pulse, dynamical information on sub-picosecond timescales can be obtained.


    Das Interesse der Forschungsgruppe gilt dem Verständnis der Struktur und Dynamik einer Vielzahl von Grenzflächen, die von biologischen Modell-Zellmembransystemen, Eis-Grenzflächen, Wasser an Mineral-Grenzflächen bis hin zur photokatalytischen Wasserdissoziation an Oxid-Grenzflächen reichen. Um Informationen auf molekularer Ebene ausschließlich von Grenzflächenmolekülen zu erhalten, verwenden wir die Methode der oberflächenspezifischen Schwingungsspektroskopie-Summenfrequenzerzeugung (engl. Sum Frequency Generation - SFG). In SFG werden ein infraroter Laserpuls und ein sichtbarer Laserpuls an der Grenzfläche überlagert. Ist der Infrarot-Laserpuls in Resonanz mit einer Molekülschwingung, wird das Signal verstärkt. Aufgrund von Auswahlregeln enthält ein SFG Spektrum spezifisch Information über die Grenzflächenschichten nicht jedoch über das angrenzende Bulk-Material. Im Fall von Wasser gibt die Schwingungsfrequenz Auskunft über die Stärke des Wasserstoffbindungsnetzwerks, während die Intensität des Signals ein Maß für die Menge der ausgerichteten Wassermoleküle ist. Darüber hinaus können wir aus CH-Schwingungen Informationen über Ordnung in organischen Schichten gewinnen. Durch die Kombination der SFG-Methode mit einem optischen Puls können dynamische Informationen über Zeitskalen im Sub-Pikosekundenbereich gewonnen werden.


    J Cyran, MA Donovan, D Vollmer, FS Brigiano, S Pezzotti, DR Galimberti, M-P Gaigeot, M Bonn, and EHG Backus, Molecular hydrophobicity at a macroscopically hydrophilic surface, PNAS, 116, 1520 (2019)

  • Structure-Property Relations and Wetting Dynamics of Organic Thin Films with Photo-Switches - B. Braunschweig

    Structure-Property Relations and Wetting Dynamics of Organic Thin Films with Photo-Switches
    Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und dynamisches Benetzungsverhalten von photo-schaltbaren molekular dünnen organischen Filmen

    PI: Prof. Dr. Björn Braunschweig
    Phd student: M. Sc. Christian Honnigfort

    Institute of Physical Chemistry and Center for Soft Nanoscience
    Corrensstraße 28/30
    48149 Münster
    Germany

    Smart surfaces that can reversibly change their wetting properties are of great interest for applications such as self-cleaning surfaces, microfluidics or tunable lenses just to mention a few. However, even for passive surfaces that do not change their molecular properties when broad in contact with a liquid, a quantitative description the wetting dynamics is still a challenging issue. That is in particularly true when changes on the molecular scale due to adaptation of the substrate in different chemical environments or due to photo-switching of the substrate need to be taken into account as well. For that reason, we believe that an understanding of the wetting dynamics of photo-switchable substrates requires molecular level information on the substrate dynamics and structure changes under different light conditions as well as different chemical environments. In order to resolve the latter we propose to perform characterizations and analysis on different length scales, where both molecular structure changes as well as mesoscopic and macroscopic properties are addressed and correlated.

    Responsive Oberflächen, welche ihre Benetzungseigenschaften nach Bedarf wechseln können, sind von großen Interesse für selbstreinigende Oberflächen, Mikrofluidik uva. Ein Verständnis des dynamischen Benetzungsveraltens photo-schaltbarer sowie dünner organische Filme erfordert allerdings ein molekulares Verständnis der relevanten Oberflächen. Da sich die molekulare Struktur der Filme nicht nur durch cis/trans-Photoisomerisierung verändern lässt, sondern sich auch an veränderte chemischen Umgebungen (Flüssigkeit/Gas) adaptiert, müssen die Schichten und deren Dynamik auf verschiedenen Längenskalen charakterisiert werden. Ein Verständnis des dynamischen Benetzungsverhaltens soll in diesem Projekt durch Struktur-Eigenschaft-Beziehungen vom Molekül bis zum makroskopischen Verhalten von benetzenden Tropfen sowie Filmen erreicht werden. Dazu wird nichtlineare optische Spektroskopie eingesetzt, um die relevanten Grenzflächen in situ und zeitaufgelöst zu untersuchen.

    Schematic diagram of our hierarchical approach that uses structure-property relations from the molecular to the macroscopic. Prerequisite for this approach are characterization several length scales which can link dynamic changes of interfacial molecular structures to changes on larger length scales

    Octadecanethiol self-assembled monolayer(SAM) on an Au surface with a drop of aqueous solution that contained arylazopyrazole photoswitchable surfactants. Photographs of the drop shape and the results for the contact angle are shown as a function of time and light irradiation (UV vs green).

    The Braunschweig group uses the combined knowledge from experiments and analysis at all length scales of soft matter materials to control and improve materials properties in a targeted way. For that purpose, knowledge on molecular assemblies and their physical chemistry at interfaces is of great importance and can be used to tailor material properties from the nano to the macroscopic scale through structure property relations. Interface controlled materials and processes are present in various different applications where they dominate both microscopic and macroscopic properties and functions. For that reason, it is our goal to increase the level of understanding on the chemistry of soft matter interfaces that are of importance for molecular self-assembly, bio interfaces, colloid science, catalysis and in nanotechnology. Over the years, our group has developed a strong expertise in both, method development and application of nonlinear optical spectroscopy such as sum-frequency generation (SFG) and second-harmonic scattering (SHS) to interfaces. In a SFG experiment for surface vibrational spectroscopy a visible and a tunable infrared laser beam are combined at the interface and the intensity of the resulting sum frequency signal is measured which can be used to identify molecular fingerprints of surface adsorbed species, their orientation and molecular order.

    Die Forschungsschwerpunkte des Arbeitskreises Braunschweig befinden sich auf dem Gebiet der physikalischen Chemie von fluiden Grenzflächen und grenzflächenkontrollierten Materialien. Dabei verfolgen wir das Konzept, Materialeigenschaften und Prozesse durch die Steuerung von physikalischen und chemischen Eigenschaften einzelner molekularer Bausteine auf der Nanoskala bis zum makroskopisch sichtbaren Material entlang vieler Längenskalen zu kontrollieren und zu charakterisieren. Unsere Forschung stützt sich dabei auf die Anwendung moderner nichtlinearer optischer Laserspektroskopie mit ultrakurzen Laserpulsen. Insbesondere setzen wir die optische Frequenzverdopplung und die Summenfrequenz-Schwingungsspektroskopie (engl. Sum-Frequency Generation) ein. Die Spektroskopie wird in Kombination mit komplementären Methoden genutzt, um die molekulare Struktur und die physikochemischen Wechselwirkungen an Grenzflächen unter relevanten Bedingungen zu charakterisieren und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abzuleiten.

    https://www.uni-muenster.de/Chemie.pc/forschung/braunschweig/

    Gracía Rey N, Weißenborn E, Schulze-Zachau F, Gochev G, Braunschweig B Quantifying Double-Layer Potentials at Liquid-Gas Interfaces from Vibrational Sum-Frequency Generation . In: 'J. Phys. Chem. C 123 (2019), p. 1279-1286. doi: 10.1021/acs.jpcc.8b10097

    Meltzer C, Yu H, Peukert W, Braunschweig B Molecular structure of octadecylphosphonic acids during their self-assembly on alpha-Al2O3(0001) . In: 'Phys. Chem. Chem. Phys. 20 (2018), p. 19382-19389. doi: 10.1039/C8CP02391C

    Paul J., Meltzer C., Braunschweig B., Peukert W. Lubrication of Individual Microcontacts by a Self-Assembled Alkyl Phosphonic Acid Monolayer on α-Al2O3(0001) . In: 'Langmuir 32 (2016), No. - 33, p. 8298-8306. doi: 10.1021/acs.langmuir.6b01933

  • Dynamic advancing and receding contact angles of adaptive surfaces - H.-J. Butt

    Dynamic advancing and receding contact angles on adaptive surfaces
    Dynamische Fortschreit- und Rückzugskontaktwinkel auf adaptiven Oberflächen


    PIs: Hans-Jürgen Butt, Prof. Dr. (Direktor), Max-Planck-Institut für Polymerforschung Mainz, Ackermannweg 10, 55128 Mainz
    Rüdiger Berger, Dr. (Gruppenleiter), Max-Planck-Institut für Polymerforschung Mainz
    Phd student: Xiaomei Li

    Surface adaptation is predicted to be one cause for contact angle hysteresis (Langmuir 2018, 34, 11292). The aim of our project is to experimentally verify this prediction. We plan to measure the kinetics of the adaptation process for thin polymer films. With the kinetics and our adaption theory, we can calculate the dynamic advancing and receding contact angles. Finally, the predicted dynamic contact angles will be compared with the velocity-dependent contact angles of moving drops measured on the same polymer films. To measure advancing and receding contact angle versus speed of the contact line we will use our home built Drop Adhesion Force Instrument (Nature Physics 2018, 14, 191-196) and we plan to build up a tilted plane setup to monitor the dynamic contact angles at velocities up to 1 m/s. In case we can validate our theory, the measurement of the velocity dependence of the dynamic contact angles will allow us calculating the adaption kinetics of surfaces. If successful, we will have a relatively universal framework for quantitative modeling of dynamic contact angles and contact angle hysteresis caused by adaptation processes.

    Eine der großen Herausforderungen in der Grenzflächenforschung ist ein quantitatives Verständnis der Benetzung adaptiver Oberflächen. Unter „adaptiven“ Oberflächen verstehen wir Oberflächen, deren Struktur sich in Gegenwart der Flüssigkeit oder des Dampfes ändert. Adaptionsprozesse laufen mit einer spezifischen Kinetik ab. Kürzlich haben wir eine Theorie entwickelt (Langmuir 2018, 34, 11292), die die Adaptionskinetik mit dynamischen Kontaktwinkeln verbindet. Ziel unseres Projektes ist es unsere Theorie experimentell zu überprüfen. Dazu ist geplant die dynamischen Kontaktwinkel von sitzenden Tropfen auf Polymeroberflächen zu messen. Dies soll mit Hilfe eines selbst-gebauten Drop Adhesion Force Instrument (DAFI) geschehen. Bei Erfolg stünde ein relativ universelles Modell zur Verfügung, Adaptions-verursachte dynamische Kontaktwinkel und Kontaktwinkelhysterese zu beschreiben. Adaption von Oberfläche wäre damit als ein weiterer Grund für Kontaktwinkelhysterese etabliert, neben z.B. Oberflächenrauigkeit oder –heterogenität.


    Schematic of a liquid drop on an adaptive polymer surface

    Experimental physics of interfaces
    We study the structure and dynamics of soft matter interfaces. Intrinsically this involves small objects due to their high interface-to-volume ratio. The scientific aim is a simple, comprehensive quantitative description of phenomena, which is based on fundamental physical laws. Major research topics are: dynamics of wetting, super liquid-repellency, surface forces, crystallization in in confined space, colloids and granular matter, photoresponsive materials. The methods used include scanning probe techniques, confocal microscopy, fluorescence correlation spectroscopy, light and X-ray scattering. To expand the range of length and time scales accessible, new methods are continuously developed to excess shorter time and smaller length scales. Our goal is to solve fundamental questions, with the perspective of future applications. “Understanding” not only implies quantitative prediction. Full understanding implies being able to make new materials and devices based on this understanding.

    Physik der Grenzflächen
    Die Gruppe befasst sich mit der Physik von Grenzflächen in weicher Materie. Ziel ist nicht nur ein besseres Verständnis der Gleichgewichtseigenschaften, sondern auch der Dynamik bei Prozessen. Wichtige Schwerpunkte sind Oberflächenkräften und Benetzung, insbesondere von superhydrophoben und superoleophoen Oberflächen. Weitere Themen sind: Benetzung durch komplexe Flüssigkeiten, photosensitive Materialien, Kristallisation in confinement, Phononics und Photonics, granulare Materie. Als Verfahren setzen wir u. a. Rasterkraftmikroskopie, konfokale Lichtmikroskopie einschließlich Fluoreszenz-Korrelationsmikroskopie und Röntgen- sowie Lichtstreuung ein. Um die zugänglichen Längenskalen zu verkleinern und die Zeitskalen zu verkürzen, werden ständig neue Methoden entwickelt bzw. Methoden verbessert. Unser Ziel ist ein besseres Verständnis der Grundlagen. Wir sind aber offen für mögliche Anwendungen.

    http://www.mpip-mainz.mpg.de/physics_interfaces


    Gao, N.; Geyer, F.; Pilat, D. W.; Wooh, S.; Vollmer, D.; Butt, H.-J.; Berger, R., How drops start sliding over solid surfaces. Nature Physics 2017, 14, 191.
    Butt, H.-J.; Berger, R.; Steffen, W.; Vollmer, D.; Weber, S. A. L., Adaptive wetting - adaptation in wetting. Langmuir 2018, 34, 11292−11304.

    Geyer, F.; Seiler, P. M.; Vollmer, D.; Berger, R., Wie sich Tropfen bewegen. Physik in unserer Zeit 2019, 50, 90-96.
    Butt, H.-J., M. Paven, W. Steffen & D. Vollmer: Warum der Tropfen nicht hält. Nachrichten aus der Chemie 2016, 64, 945-951.

  • Modelling of spreading, imbibition and evaporation of liquids on structured or porous deformable substrates - T. Gambaryan-Roisman

  • Liquids on switchable pre-structured substrates - from microscopic to mesoscopic models - S.V. Gurevich, A. Heuer

    PD Dr. Svetlana Gurevich Institute for Theoretical Physics, University of Münster, Wilhelm-Klemm-Str. 9, 48149 Münster, Germany
    Prof. Dr. Andreas Heuer Institute for Physical Chemistry, University of Münster, Correnstrasse 28/30, 48149 Münster, Germany
    M.s.c. Leon Topp Institute for Physical Chemistry, University of Münster, Correnstrasse 28/30, 48149 Münster, Germany
    M.s.c. Moritz Teigelkötter Institute for Theoretical Physics, University of Münster, Wilhelm-Klemm-Str. 9, 48149 Münster, Germany

    Das Benetzungsverhalten von Flüssigkeiten auf Oberflächen ist abhängig von der Stärke der Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit und dem Substrat. Je stärker dabei die Wechselwirkung zwischen dem Substrat und den Flüssigkeitspartikeln ist, desto geringer ist zum Beispiel der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche und einem sich darauf befindlichen Tropfen. In diesem Projekt soll nun das Verhalten von Tropfen auf schaltbaren Substraten theoretisch untersucht werden. Dazu verändern wir die Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeitspartikeln und dem Substrat durch eine einmalige Änderung oder periodisch mit variierenden Frequenzen. Dabei untersuchen wir verschiedene Eigenschaften des Tropfens. Von besonderem Interesse ist das Verhalten von Tropfen auf schaltbaren vorstrukturierten Oberflächen. So möchten wir herausfinden, wie sich ein Tropfen auf einem hydrophilen Streifen als auch auf zwei nahe beieinander liegenden Streifen bei verschiedenen Schaltfrequenzen verhält. Als Simulationsmethoden kommen sowohl teilchenbasierte Techniken (Molekulardynamik und Monte Carlo Verfahren), als auch Kontinuumsmodelle zum Einsatz.

    The wetting behavior of liquids on surfaces depends on the interaction strength between the liquid and the substrate. The higher the interaction strength between the substrate and particles of the liquid, the lower is the contact angle between the surface and the droplet placed on it. In this project the behavior of droplets on switchable surface should be investigated theoretically. For this purpose we change the interaction strength between the liquid particles and the substrate once or periodically with different frequencies. While doing so we observe different properties of the droplet. The behavior of droplets on switchable prestructured surfaces is of special interest. Thus, we want to study the behavior of a drop on a hydrophilic stripes and also on two close-by stripes for different switching frequencies. As simulation methods we use both particle based techniques (Molecular Dynamic and Monte Carlo) and continuum modelling.


    Unsere Arbeitsgruppe arbeitet breit gefächert auf dem Gebiet der theoretischen physikalischen Chemie. So werden Themenfelder der Biochemie und der Benetzbarkeit von Oberflächen ebenso erforscht wie Gläser und Elektrolyte. Dazu kommen verschiedene Simulationstechniken zum Einsatz. Es werden sowohl Molekulardynamik als auch Monte Carlo und Dichtefunktionaltheorie Simulationen verwendet.

    Our research group works in a broad range of theoretical physical chemistry. We face topics in the area of biophysics and wetting of surfaces as well as glass-forming liquids and electrolytes. For this purpose, we use different simulation methods like Molecular Dynamic and Monte Carlo as well as density functional methods.

    https://www.uni-muenster.de/Chemie.pc/forschung/heuer/gruppe/index.html

    Das wissenschaftliche Ziel der Arbeitsgruppe Selbstorganisation und Komplexität ist es, universelle Eigenschaften von Nichtgleichgewichtssystemen mit theoretischen und numerischen Methoden zu erforschen. Von besonderem Interesse sind dabei Methoden der nichtlinearen Dynamik wie Bifurkations- und Chaostheorie, welche mit Methoden der statistischen Physik und der Theorie stochastischer Prozesse kombiniert werden. Aktuelle Forschungsgebiete sind die raumzeitliche Strukturbildung in selbstassemblierenden Systemen, die raumzeitliche Dynamik in Systemen der Nichtlinearen Optik, die Grenzflächendynamik komplexer Fluide und weicher Materie, die Dynamik von Phasenübergängen und Wachstumsprozesson und die kollektive Dynamik von Biofilmen, Bakterienkolonien, Geweben und Mikroschwimmern.

    The scientific aim of the working group on Self-Organization and Complexity is to explore universal properties of non-equilibrium systems with theoretical and numerical methods. Of considerable interest are methods of nonlinear dynamics like bifurcation theory, chaos theory combined with methods of statistical physics and the theory of stochastic processes. Current areas of research are the spatio-temporal pattern formation in self-assembling systems and its control, the spatio-temporal dynamics of optical nonlinear system, the interface dynamics for complex liquids and soft and active matter, the dynamics of phase transitions and growth processes and the collective dynamics of biofilms, bacterial colonies, tissues and micro-swimmers.

    https://www.uni-muenster.de/Physik.TP/research/thiele/

    Lied, Fabian et al. (2012). “Different growth regimes on prepatterned surfaces: Consistent evidence from simulations and experiments”. In: The Journal of Chemical Physics 136.2, p. 024704. doi: 10.1063/1.3676257.

    Buller, Oleg et al. (2018). “Boundary-induced nucleation control: a theoretical perspective”. In: Physical Chemistry Chemical Physics 20.5 (5), pp. 3752–3760. doi: 10.1039/C7CP02348K.

    Honisch, Christoph et al. (2015). “Instabilities of Layers of Deposited Molecules on Chemically Stripe Patterned Substrates: Ridges versus Drops”. In: Langmuir 31.38, pp. 10618–10631. doi: 10.1021/acs.langmuir.5b02407.

    Tewes, Walter et al. (2017). “Comparing kinetic Monte Carlo and thin-film modeling of transversal instabilities of ridges on patterned substrates”. In: The Journal of Chemical Physics 146.9, p. 094704. doi: 10.1063/1.4977739.

  • Drop Impact on Soft (Adaptive) Substrates - K. Harth

  • Colloidal assembly as a tool for adaptive and switchable interfaces - J. Harting

    Colloidal assembly as a tool for adaptive and switchable interfaces
    Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen

    PI: Prof. Dr. Jens Harting
    Phd student: Thomas Scheel

    Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy (IEK-11)
    Forschungszentrum Jülich
    Fürther Str. 248
    D-90429 Nürnberg, Germany

    We aim at a fundamental understanding of dynamic wetting and dewetting processes on flexible, adaptive and even switchable substrates by means of lattice Boltzmann simulations and simple analytical models. We propose strategies utilizing colloidal assembly at fluid interfaces to generate “substrates” with complex geometrical and wetting properties. We will base on recent advances in the synthesis and control of colloids which led to the availability of particles with highly specific features such as well-defined shapes and surface properties together with the ability to manipulate them by external forces and fields.

    Mit Hilfe von Gitter-Boltzmann-Simulationen und einfachen analytischen Modellen wollen wir ein grundlegendes Verständnis dynamischer Be- und Entnetzungsprozesse auf flexiblen, adaptiven und sogar schaltbaren Substraten erlangen. Wir schlagen Strategien vor, bei denen kolloidale Anordnungen an Fluidgrenzflächen und in externen Feldern verwendet werden, um „Substrate“ mit komplexen Geometrien und Benetzungseigenschaften zu erzeugen. Hierbei stützen wir uns auf jüngste Fortschritte in der Synthese und Handhabung von Kolloiden, welche Partikel mit hochspezifischen Oberflächeneigenschaften verfügbar gemacht haben.