Auf den Gebieten der organischen und gedruckten Elektronik besteht ein wachsender Bedarf an funktionalen Schichten mit sehr homogener Oberflächentopologie. Die Schichtdicken bewegen sich hier im Rahmen zwischen 10 nm und 10µm mit einer zulässigen mittleren Abweichung von 1 – 2 % der Endschichtdicke. Bei der Trocknung von Polymerbeschichtungen mit Schichtdicken Mikrometerbereich kann in Systemen, in denen keine chemischen Reaktionen auftreten davon ausgegangen werden, dass die für die potentielle Instabilität verantwortlichen treibenden Kräfte, die zu Oberflächendeformation führen, von Eigenschaften der freien Oberfläche herrühren. Eine der Eigenschaften freier Oberflächen ist die Oberflächenspannung. Die Oberflächenspannung von Mehrkomponentensystemen besitzt eine Abhängigkeit von Temperatur und Komponentenzusammensetzung (siehe Abbildung 1). Einen entscheidenden Einfluss auf Zusammensetzung und Temperatur und somit auf die herrschende Oberflächenspannung an der freien Oberfläche hat die Trocknung. Kommt es während der Trocknung zu Inhomogenitäten, führt dies zu Gradienten in der Verteilung der Oberflächenspannung. Als Folge treten Scherspannungen an der freien Oberfläche auf, die Oberflächenströmungen nach sich ziehen und aufgrund der Viskosität zu einer Bulk-Strömung führen. Dieser Mechanismus führt zu Stofftransport und somit potentiell zu einer meist ungewünschten Deformation der freien Oberfläche.

Abbildung 1: Oberflächenspannung der binären Mischung Methanol-Poly(vinyl-acetat) als Funktion von Temperatur und Zusammensetzung.

Apparativer Aufbau. Die Messtechnik zur Strömungsvisualisierung basiert auf der Verfolgung fluoreszierender Nanopartikel, deren Bewegungsstruktur im Fall geringer Feststoffkonzentration den Strömungszustand widerspiegelt ohne ihn zu beeinflussen. Zur Beobachtung dient ein inverses Fluoreszenzmikroskop, das angeschlossen an eine CCD Kamera den Strömungszustand im Film auflösen kann. Der apparative Aufbau ist schematisch in Abbildung 2 dargestellt. Abbildung 3 zeigt beispielhaft Konvektionszellen, die sich während der Trocknung im Film einstellen.

Abbildung 2: Messtechnik zur Strömungsvisualisierung in dünnen Schichten während der Trocknung.

Abbildung 3: Strömungsvisualisierung in dünnen Filmen mittels fluoreszierender Nanopartikel.