Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Die Captive-Bubble-Technik nutzt einen besonderen Aufbau, mit dem die Kontaktwinkelmessung auch dann möglich ist, wenn die konventionelle Methode des »liegenden Tropfens« (Sessile-Drop-Technik) nicht funktioniert.
Der Kontaktwinkel, den ein Flüssigkeitstropfen auf einer Festkörperoberfläche bildet, gibt Aufschluss über die Benetzbarkeit der Oberfläche mit dieser Flüssigkeit. Dabei korrespondieren kleine Kontaktwinkel (< 90°) mit hoher Benetzbarkeit und große Kontaktwinkel (> 90°) mit schlechter Benetzbarkeit. Beeinflusst wird der Kontaktwinkel sowohl von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit als auch von chemischen und physikalischen Eigenschaften des Festkörpers. Aus Kontaktwinkelwerten kann auf dessen freie Oberflächenenergie und ihre dispersen und polaren Anteile geschlossen werden.
Üblicherweise wird der Kontaktwinkel mit der Methode des liegenden Tropfens ermittelt, bei der Tropfen von oben auf die Festkörperoberfläche aufgesetzt werden. Für Oberflächen mit hoher freier Oberflächenenergie, auf denen Flüssigkeiten spreiten, ist diese Methode aber nicht geeignet. Hierfür setzt das Fraunhofer IKTS die Captive-Bubble-Technik ein. Die Festkörperoberfläche befindet sich dabei vollständig in der Flüssigkeit und eine Luftblase wird unter die Oberfläche dosiert. An der Oberfläche »gefangen« bildet sich am Dreiphasenpunkt zwischen Festkörper, Flüssigkeit und Luftblase der Kontaktwinkel aus.
Besonders vorteilhaft kann diese Technik für stark hydrophile Oberflächen angewandt werden, denn hier ist die Hydratation unter Wasser vollständig und damit definiert. Die Messung des Kontaktwinkels unter Wasser ist auch dann sinnvoll, wenn die zu untersuchende Oberfläche für den Einsatz im Wasser vorgesehen ist. Dann können wir Prozesse an der Grenzfläche untersuchen, beispielsweise den Bewuchs einer Festkörperoberfläche mit einem Biofilm.