Diffusionswiderstand

Diffusionswiderstand bezeichnet den Widerstand, den ein Medium oder eine Grenzfläche dem Diffusionstransport von Teilchen entgegenstellt. Er wird oft pro Flächeneinheit angegeben und dient dazu, den massen- oder stofftransporterischen Verlauf durch eine Schicht oder Membran zu charakterisieren. In einem planaren Medium der Dicke L und mit dem Diffusionskoeffizienten D gilt bei einem konstanten Konzentrationsunterschied ΔC über die Dicke der Stofffluss J als D ΔC / L. Der diffusionale Widerstand pro Flächeneinheit ist dann R' = ΔC / J = L / D.

Für ein System mit mehreren Schichten addieren sich die Widerstände: R'_Gesamt = Σ (L_i / D_i). Der Gesamtmassenübertragungskoeffizient K ist der Kehrwert von R'_Gesamt, und der Fluss durch die Grenzfläche ergibt sich aus J = K ΔC. In unregelmäßigen oder porösen Medien ersetzt man D durch eine effektive Diffusionskoeffizienten D_eff; dieser ergibt sich oft aus D_eff = ε D / τ, wobei ε die Porosität und τ die Tortuosität des Mediums beschreibt.

Diffusionswiderstand spielt eine zentrale Rolle bei Diffusion durch Membranen, Barriereschichten in der Verpackungsindustrie, Beschichtungen sowie bei Diffusionsuntersuchungen in Polymer- und Gewebematerialien. Er dient dem Vergleich von Materialbarrieren und der Auslegung von Barrieren gegen permeation oder Kontamination. Typische Anwendungen finden sich in der Bewertung von Gasdurchlässigkeit, Schutzfolien, Lebensmittelfolien und synthetischen Membranen.

Siehe auch: Ficksche Gesetze, Permeabilität, Massentransfer, Diffusionskoeffizient, Membran, Barriereschicht.