oppervlaktetransport

Oppervlaktetransport is het proces waarbij massa, lading of energie zich langs een grensvlak of oppervlak verplaatst, in tegenstelling tot transport in de bulk. Het omvat diffusie langs het oppervlak, convectie langs de interface en chemische reacties die aan het oppervlak plaatsvinden, evenals adsorptie en desorptie die de aanwezigheid van de stof op het oppervlak bepalen.

Diffusie langs een oppervlakte wordt gekarakteriseerd door een tweedimensionale diffusiecoëfficiënt D_s. De oppervlaktelijke flux wordt gegeven door J_s = -D_s ∇_s c_s, waarbij ∇_s de gradient langs het oppervlak is. Op gebogen oppervlakken geldt de Laplace-Beltrami-operator: ∂c_s/∂t = D_s ∇_s^2 c_s + R_s, met R_s de lokale bron of verbruik door reacties en opslag op het oppervlak. Uitwisseling met de bulk gebeurt via adsorptie en desorptie, vaak beschreven door J_b = k_ads c_bulk - k_des c_s.

Convectie langs een oppervlak kan optreden door vloeistofstroom langs een membraan of katalysator, waardoor combinatie van advektie en diffusie opgelost moet worden; in sommige gevallen wordt dit beschreven met een oppervlak-advectie-diffusie-reactie-model.

Toepassingen omvatten katalyse op metalen en oxideoppervlakken, elektrochemische interfaces (elektroden in batterijen en brandstofcellen), semiconductor- en nanostructuuropervlakken en transportprocessen in biologische membranen.

Meetmethoden omvatten FRAP, SERS, STM/AFM en andere oppervlaktegerichte technieken die diffusie- en adsorptiekinetiek kunnen kwantificeren. Het vakgebied combineert fundamentele transportwiskunde met experimenten en is van belang voor ontwerp en optimalisatie van katalysatoren, sensoren, membranen en nano-devices.