C05

C05: Amplification of the Electroosmotic Flow on Superhydrophobic Surfaces

Prinzip der EOF-Verstärkung durch an den Flüssig-Gas-Grenzflächen induzierte Ladungen aufgrund von in die Oberflächenstruktur eingebetteten Hilfselektroden. Bild: Steffen Hardt/Institute for Nano- and Microfluidics
Prinzip der EOF-Verstärkung durch an den Flüssig-Gas-Grenzflächen induzierte Ladungen aufgrund von in die Oberflächenstruktur eingebetteten Hilfselektroden. Bild: Steffen Hardt/Institute for Nano- and Microfluidics

Das Projekt hat zum Ziel, Möglichkeiten der Verstärkung des elektroosmotischen Flusses (EOF) entlang von superhydrophoben Oberflächen zu erforschen. Der elektroosmotische Fluss (EOF) erlaubt es, eine Flüssigkeit entlang einer Oberfläche oder innerhalb eines Kanals zu pumpen, und wird zu diesem Zweck vielfach in der Mikrofluidik und Lab-on-a-Chip Technologie eingesetzt.

Theoretische Vorarbeiten legen nahe, dass man auf diese Weise den EOF im Vergleich zu einer planaren unstrukturierten Oberfläche um mehr als zwei Größenordnungen erhöhen kann. Zu diesem Zweck werden im Cassie-Benetzungszustand Ladungen an der Flüssig-Gas-Grenzfläche mittels einer Hilfselektrode erzeugt (vgl. Abb.). Um eine entsprechende EOF-Verstärkung zu erreichen ist es notwendig, superhydrophobe Oberflächen mit einem möglichst hohen Anteil von Flüssig-Gas-Grenzfläche im Cassie-Zustand herzustellen. Um die EOF-Geschwindigkeit entlang der Oberfläche zu messen, wird die Methode der Particle Image Velocimetry (PIV) verwendet. Es sollen Parameterstudien mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen sowie mit wässrigen Lösungen durchgeführt werden, deren Ionenkonzentration und pH-Wert variiert werden.

Faktoren, die die erreichbare EOF-Verstärkung limitieren, sind der Cassie-Wenzel-Übergang aufgrund von elektrostatischen Kräften und Funkenüberschläge nach Erreichen der elektrischen Durchbruchfeldstärke. Diese beiden Versagensmechanismen werden mit Hilfe der Tropfen-Leitkonfiguration (TP A02) detailliert untersucht. Der entsprechende Versuchsaufbau ermöglicht Mikroskopie aus zwei zueinander senkrechten Beobachtungsrichtungen.