Elektrobenetzung

Mit Elektrobenetzung ({{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=en|SCRIPTING=Latn|SERVICE=englisch}}) wird ein physikalische Phänomen bezeichnet, bei dem eine Flüssigkeit einen Gegenstand stärker benetzt infolge der Veränderung ihrer Oberflächenspannung unter dem Einfluss eines elektrisches Feldes (Elektrokapillarität). Gabriel Lippmann lieferte 1875 die physikalische Erklärung dazu.

Aufbau einer Elektrobenetzungszelle

Datei:Electrowetting.png

Effekt der Elektrobenetzung (L – leitfähige Flüssigkeit, I – hydrophobe Isolatorschicht, S – Substrat).

Grundsätzlich besteht eine Elektrobenetzungszelle immer aus einer Art Kondensator, bei dem der Platz zwischen den Elektroden mit einer hydrophoben Flüssigkeit (z. B. Öl) und Wasser gefüllt ist, wobei eine der Elektroden hydrophob beschichtet ist. Ohne Feld legt sich das Öl als Film über die beschichtete Elektrode, mit Feld verdrängt das Wasser den Ölfilm, da das anliegende Feld die Polarisation der Dipole in der Wasseroberfläche aufhebt.

Kontaktwinkel der Flüssigkeiten

Der Kontaktwinkel verringert sich mit zunehmender Spannung U zwischen dem Flüssigkeitstropfen und der Elektrode unter der Auflagefläche gemäß der Lippmann-Gleichung:

<math>\cos \Phi = \cos \Phi_0 + \frac{\varepsilon\cdot U^2}{2\sigma\cdot d}</math>

Φ: Kontaktwinkel der Elektrobenetzung

Φ₀: Kontaktwinkel ohne elektrische Spannung

ε: Permittivität des Dielektrikums zwischen Elektrode und Flüssigkeit

d: Schichtdicke des Dielektrikums

σ: Oberflächenspannung der Flüssigkeit

Anwendungsgebiete

Über die Ausgestaltung des Flüssigkeitsraumes, der Elektroden und der Farbe des Öls kann man unterschiedliche elektrooptische Bauelemente realisieren:

Farbdisplays
Flüssiglinsen mit einstellbarer Brennweite
Irisblenden

Elektrobenetzung kann in der Mikrofluidik Flüssigkeitsoberflächen stabilisieren, die sonst wegen der Kapillarkräfte zur Auflagefläche dynamisch instabil sind.

Weblinks

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Messebericht über EW-Linsensystem
ElectroWetting Switch
Karlheinz Blankenbach: Electrowetting – von der Physik zu Displays. (Populärwissenschaftlicher Artikel, 2010; PDF-Datei; 505 kB).

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