Amerikanische Forscher haben zusammen mit Kollegen aus den Niederlanden und Chile eine überraschend einfache Methode entwickelt, mit der die mechanischen Eigenschaften von dünnen Filmen bestimmt werden können: Sie tropfen einen Wassertropfen vorsichtig auf den Film auf. Durch Kapillarkräfte zieht sich der Film in der Umgebung des Tropfens dann zu Falten zusammen. Um die Dicke des Films sowie dessen Elastizität zu berechnen, müssen anschließend nur noch die Anzahl der Falten sowie deren Länge bestimmt werden.
Thomas Russell von der Universität von Massachusetts und seine Kollegen benutzten für ihre Experimente Filme aus Polystyrol mit Dicken zwischen 31 und 233 Nanometern. Die Filme schwammen dabei auf einer Wasseroberfläche in einer Petrischale. Als die Forscher nun einen kleinen Wassertropfen auf einen der Filme auftropften, bildeten sich durch Kapillarkräfte zwischen dem Tropfen und der Oberfläche Falten (siehe Bild). Durch die Untersuchung einer Vielzahl von Filmen unterschiedlicher Dicke konnten die Forscher zeigen, dass die Anzahl der radialen Falten nur vom Durchmesser des Wassertropfens sowie der Dicke des Films abhing. Somit eignet sich das Verfahren zur Bestimmung der Dicke organischer Filme, wenn der Durchmesser des Wassertropfens hinreichend genau bekannt ist.
Doch damit nicht genug: Wie sich herausstellte, steht auch die Länge der Falten mit der Elastizitätskonstanten der Filme in einem eindeutigen Zusammenhang. Derartige Bestimmungen erforderten bisher mechanische Verformungen der Filme oder den Einsatz von Röntgenstrahlen zur Dickebestimmung. Russell glaubt zudem, dass seine Methode auch für anorganische Filme eingesetzt werden kann, so dass sie sich zur Qualitätskontrolle dünner Schichten eignet.
Science, Bd. 317, Seite 650 Stefan Maier
