Page 45 - Zur Reinheit funktionaler Oberflächen

Oberfläche, Art Rauheit RA Oberflächen-Energie Trennkraft in Luft Trennkraft in Wasser
[µm] [mN/m] [nN] [nN]
Stahl 0,40 34,6 13 4
Stahl, elektropoliert 0,10 34,0 77 7
Teflon 0,52 17,3 28 10
Emaille 0,09 58,4 27 15
Tab. 2 Trennkräfte für Hefezellen auf verschiedenen Oberflächen in den Umgebungsmedien Luft und Wasser. Die Bestimmung erfolg-
te mittels Raster-Kraftmikroskopie durch Dr.-Ing. Bernhard Weigl [Lit].

Oberfläche, Art Rauheit RA Oberflächen-Energie Trennkraft in Luft Trennkraft in Wasser
[µm] [mN/m] [nN] [nN]
Stahl 0,40 34,6 28 14
Stahl, elektropoliert 0,10 34,0 10 2
Teflon 0,52 17,3 32 15
Emaille 0,09 58,4 6 2
Tab. 3 Trennkräfte für Glaskugeln (mittlerer Durchmesser 22,3 µm) auf verschiedenen Oberflächen in den Umgebungsmedien Luft
und Wasser. Die Bestimmung erfolgte mittels Raster-Kraftmikroskopie durch Dr.-Ing. Bernhard Weigl [Lit].

Vier unterschiedliche physikalische Kräfte von möglicherweise
wechselnder Intensität bestimmen in ihrem Zusammenwirken
die Partikel-Haftung an Objekt-Oberflächen:

• van der Waals-Kraft ist eine intermolekulare Kraft, die durch
Elektronendichte-Änderungen von Molekülen sog. Dipolmo-
mente bilden. Diese beeinflussen wiederum die Elektronen-
wolken der Molekül-Umgebung. Dadurch werden Dipolmo-
mente induziert, aufgrund deren Ausrichtung die v. d. Waals
Kräfte wirksam werden. Im flüssigen Medium ändern sich die
v. d. Waals Kräfte (siehe Tabelle X).

• Elektrostatik-Kräfte A und B
Zwei Arten elektrostatischer Kräfte sind zudem mitbestim-
mend für die Partikelhaftung an Oberflächen:
A- Durch das Kontaktpotential induzierte elektrische Doppel-
schichtkräfte: Zwei Materialien, die miteinander in Kontakt
gebracht werden bilden eine Spannungsdifferenz, die bis
zum Erreichen des Gleichgewichts-Zustands anhält.
B- Bei der zweiten Art von Elektrostatik-Kräften
handelt es sich um überschüssige Ladungen auf der
Substratoberfläche.

• Kapillarkraft
Die Kapillarkraft ergibt sich aus Partikeldurchmesser und der
Flüssigkeits-Oberflächenspannung. Auch sie leistet einen
Beitrag zur Partikeladhäsion.

• Verschiebe- und Andruckkraft beim Wischvorgang
Den Kräften der Partikel-Haftung an der Objekt-Oberfläche
steht die Verschiebekraft resultierend aus der Wischmittel-
Bewegung und dem Oberflächen-Andruck entgegen, welche
die Kräfte der Oberflächen-Haftung des Wischmittels über-
steigen müssen, soll es zur Ablösung der Partikel von einer
Objekt-Oberfläche kommen.

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