Rimpeling blijkt betrouwbare maat voor dikte én elasticiteit

Wanneer je een dunne polymeerfilm laat drijven op water en je legt er een druppeltje bovenop, dan zal de film ter plekke gaan rimpelen. Dat is niet verbazend. Maar nieuw is wel dat je uit het aantal rimpels, en hun lengte, de dikte en de elasticiteit van de film direct kunt afleiden. FOM-onderzoeker Wim de Jeu haalde er deze week Science mee, samen met collega’s uit de VS en Chili .

Op een glazen ondergrond creëerden de onderzoekers polystyreenfilms met een dikte van 31 tot 233 nm. Ze sneden daar rondjes van 22,8 mm diameter uit, die ze op gedestilleerd gedeïoniseerd water lieten drijven. Polystyreen is hydrofoob, en door de oppervlaktespanning aan de rand wordt de film vanzelf glad getrokken.

Als de onderzoekers er vervolgens in het midden van zo’n rondje een druppel water neerlegden of er met een naaldje op drukten, gaf dat regelmatig gevormde patronen van naar buiten gerichte rimpels. Het patroon daarvan kwam keurig overeen met de voorspellingen van een recent ontwikkelde theorie, die de oppervlaktespanning van de waterdruppel vertaalt in capillaire krachten op de polymeerfilm.

De onderzoekers hebben nu de schalingsrelaties, die uit deze theorie volgen voor de lengte van de rimpels, gecombineerd met die voor het aantal rimpels. Dat leverde een meetstandaard op om de elasticiteit en de dikte van zeer dunne polymeerlagen te bepalen met niet meer gereedschap dan een simpele microscoop en een digitale camera.

Voordeel van deze meetmethode is tevens dat de rimpels na verloop van tijd vanzelf weer wegtrekken zonder dat mechanische spanningen in de film achterblijven

De methode is met succes uitgetest op polymeerfilms, die verschillende elasticiteiten vertoonden door toevoeging van weekmakers.

bron: FOM