Gränsskikt

Gränsskikt är en term som används inom flera vetenskapsområden för att beskriva en region nära ett gräns- eller gränsskikt mellan två olika faser, material eller miljöer där egenskaper gradvis övergår från det ena till det andra. Skiktet kännetecknas av att fysiska storheter som hastighet, temperatur, densitet eller kemisk sammansättning förändras över ett litet avstånd jämfört med de två omgivande områdena.

Inom fluiddynamik och meteorologi förekommer gränsskikt vid ytor där flödet känns av ytan (no-slip) och måste övergå till fria flödesförhållanden längre ut. Ett vanligt exempel är det aerodynamiska gränsskiktet runt ett flygplan eller i den nedre delen av atmosfären där vindhastighet, temperatur och fuktighet ändras med höjden. Skikten kan vara tunna eller breda beroende på flödesförhållanden, ytornas egenskaper och turbulens.

Inom materialvetenskap och kemi uppstår gränsskikt vid gränser mellan olika material eller faser, till exempel mellan fast och flytande eller mellan två olika fasta ämnen. Här kan diffusion, adsorption, kemiska reaktioner och elektriska krafter skapa en region där strukturen och sammansättningen förändras. Elektriska skikt vid elektrod-gränssnitt, som det elektriska dubbelskiktet, är ett särskilt viktigt exempel med betydelse för batterier och elektroder.

Användningar och betydelse av gränsskikt omfattar bland annat utveckling av bättre katod- och anodmaterial, förbättrad korrosions- och katalysions-prestanda, samt optiska och elektroniska gränsskiktsrelaterade egenskaper. Analys av gränsskikt görs med metoder som mikroskopi, elektronmikroskopi, röntgendiffraktion, XPS, SIMS och ellipsometri.