Grenzoberflächen

Eine Grenzoberfläche, auch Grenzfläche genannt, ist die Grenze zwischen zwei Phasen, die sich in Struktur, Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Grenzoberflächen entstehen zwischen Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen und sind typischerweise nur wenige Molekülschichten dick. Sie bestimmen das Verhalten von Emulsionen, Benetzung, Diffusion und chemischen Reaktionen an der Schnittstelle.

Zentrale Größen sind die Grenzflächenspannung (Interfacialspannung) zwischen den Phasen und gegebenenfalls die Oberflächenspannung einer einzelnen Phase. Die Grenzflächenspannung wirkt der Ausweitung der Grenzfläche entgegen. Benetzung wird durch den Kontaktwinkel charakterisiert. Theoretisch beschreibt man Grenzoberflächen oft mit der Gibbs-Teilungsfläche, der Young-Laplace-Gleichung für gekrümmte Grenzflächen und Konzepten der Adsorption an der Oberfläche.

Messmethoden umfassen statische und dynamische Verfahren wie Pendant-Drop-Methode, Du Noüy-Ring, Wilhelmy-Platte und Spinning-Drop. Mikroskopische und spektroskopische Techniken (AFM, TEM, Oberflächen-Spektroskopie) liefern Einblicke in Struktur, Zusammensetzung und Morphologie der Grenzoberfläche.

Anwendungen finden sich in Beschichtungen und Benetzung, Emulsionen, Schaumbildung, Katalyse, Elektrochemie und Energiespeicherung. Grenzoberflächen sind zentrale Stellgrößen bei der Entwicklung von Materialien, Reaktoren, Sensoren und Batterien. Durch Zusatzstoffe wie Tenside oder grenöberflächenaktive Substanzen lässt sich Grenzflächenspannung und Benetzungsverhalten gezielt steuern.