elektroosmotische

Elektroosmotische Effekte beschreiben die Bewegung einer Flüssigkeit durch poröse Gewebe oder enge Kanäle, die durch ein angelegtes elektrisches Feld angetrieben wird. Die Wirkung entsteht, weil an der Grenzfläche zwischen festem Körper und Elektrolyt eine elektrische Doppelschicht entsteht, deren mobile Gegenionen sich durch ein Feld verschieben. Die resultierende Schubspannung zieht die Flüssigkeit mit sich.

Der Flussgeschwindigkeit u_EO wird häufig mit dem Smoluchowskischen Modell beschrieben: u_EO = -(ε ζ / η) E, wobei ε die Permittivität des Elektrolyten, ζ das Zeta-Potential der Oberfläche, η die dynamische Viskosität und E das angelegte Feld ist. Die Richtung des Flusses hängt vom Vorzeichen des Zeta-Potentials ab. Die elektroosmotische Mobilität kann je nach Material und Lösung variieren und bleibt in vielen Anwendungen annähernd konstant.

Wesentliche Einflussfaktoren sind die Oberflächenladung, der pH-Wert, die Ionenkonzentration und die Temperatur. Neben der gewünschten Flüssigkeitsförderung können elektroosmotische Effekte unerwünschte Nebenwirkungen wie Joule-Heizung oder elektrochemische Reaktionen an den Elektroden verursachen, die das System beeinflussen. Materialien mit hoher Oberflächenladung zeigen stärker ausgeprägte Flüsse; unterdrückt werden sie durch passende Lösungsmittel oder Oberflächenbehandlungen.

Anwendungen finden sich vor allem in der Mikrofluidik, der Kapillarchemie und der Porenmikrostrukturanalyse. So wird die elektroosmotische Pumpwirkung in Lab-on-a-Chip-Systemen, capillary electrophoresis und der gezielten Probenförderung in Membranen genutzt. Theoretisch und experimentell spielt die Helmholtz–Smoluchowski-Gleichung eine zentrale Rolle bei der Beschreibung des Phänomens.

Historisch entwickelte sich das Konzept im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert, benannt nach der Verbindung von elektrostatischen Feldern und hydrodynamischen Effekten.