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Hierarchical Line-Defect Patterns in Wrinkled Surfaces

Titelangaben

Glatz, Bernhard A. ; Tebbe, Moritz ; Kaoui, Badr ; Aichele, Roland ; Kuttner, Christian ; Schedl, Andreas Erich ; Schmidt, Hans-Werner ; Zimmermann, Walter ; Fery, Andreas:
Hierarchical Line-Defect Patterns in Wrinkled Surfaces.
In: Soft Matter. Bd. 11 (2015) . - S. 3332-3339.
ISSN 1744-6848
DOI: https://doi.org/10.1039/C5SM00318K

Abstract

We demonstrate a novel approach for controlling the formation of line-defects in wrinkling patterns by introducing step-like changes in the Young’s modulus of elastomeric substrates supporting thin, stiff layers. Wrinkles are formed upon treating the poly(dimethylsiloxane) (PDMS) substrates by UV/Ozone (UVO) exposure in uniaxially stretched state and subsequent relaxation. Line defects such as minutiae known from fingerprints are a typical feature in wrinkling patterns. The position where these defects occur is random for homogenous substrate elasticity and film thickness. However, we show that they can be predetermined by using PDMS substrates consisting of areas with different cross-linking densities. While changing the cross-linking density is well known to influence the wrinkling wavelength, we use this parameter in this study to force defect formation. The defect formation is monitored in-situ using light microscopy and the mechanical parameters/film thicknesses are determined using imaging AFM indentation measurements. Thus the observed wrinkle-wavelengths can be compared to theoretical predictions. We study the density and morphology of defects for different changes in elasticity and compare our findings with theoretical considerations based on the Swift-Hohenberg-Equation to simply emulate the observed pattern-formation process, finding good agreement. The fact that for suitable changes in elasticity, well-ordered defect patterns are observed is discussed with respect to formation of hierarchical structures for applications in optics and nanotechnology.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Theoretische Physik I > Lehrstuhl für Theoretische Physik I - Univ.-Prof. Dr. Walter Zimmermann
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Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Ehemalige Professoren > Lehrstuhl Physikalische Chemie II - Univ.-Prof. Dr. Andreas Fery
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Forschungseinrichtungen > EU-Projekte > METAMECH - Template Assisted Assembly of Meta-Materials Using Mechanical Instabilities
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Graduierteneinrichtungen > Elitenetzwerk Bayern > Macromolecular Science
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Graduierteneinrichtungen
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Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 19 Mär 2015 09:45
Letzte Änderung: 23 Jul 2015 09:17
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/8402