Speziestransport durch Ping-Pong-Tröpfchen

• Antragsteller: Professor Dr. Steffen Hardt
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509491635

Ziel des Projekts ist die Untersuchung des Transports von gelösten/suspendierten Stoffen durch transiente Flüssigkeitsporen. Die transienten Poren bilden sich, wenn ein Tröpfchen eines wässrigen Mediums, das durch ein elektrisches Feld angetrieben wird, auf ein wässriges Reservoir trifft. Wenn die elektrische Feldstärke groß genug ist, bildet sich eine Flüssigkeitspore mit einem Durchmesser im Submikrometerbereich, d. h. eine Flüssigkeitsbrücke, die das Tröpfchen und das Reservoir verbindet. Danach prallt das Tröpfchen zurück. Es werden drei Klassen von gelösten/suspendierten Stoffen betrachtet: kleine Moleküle, Nanopartikel und Polyelektrolyte. Die Tröpfchen- und Speziesdynamik wird mittels Hochgeschwindigkeits-Videomikroskopie und Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Der Schwerpunkt wird dabei auf der Rolle der Flüssigkeitsporen als transiente Siebe liegen. In diesem Zusammenhang wird zunächst die Raum-zeitliche Entwicklung der Flüssigkeitsporen untersucht. Ein wesentliches Ziel ist es, die wichtigsten Mechanismen des Durchgangs der gelösten/suspendierten Stoffe durch die Flüssigkeitsporen zu identifizieren und zu verstehen. Der Einfluss der wichtigsten Kontrollparameter (z. B. die elektrische Spannung und die Viskosität der Ölphase) wird untersucht, um besonders günstige Bereiche im Parameterraum für die Speziestrennung zu ermitteln. In diesem Zusammenhang wird insbesondere untersucht, inwieweit die Lebensdauer und der Durchmesser der Poren kontrolliert werden können. Es wird erwartet, dass besonders günstige Regimes für die Speziestrennung existieren, wenn die Lebensdauer der Pore in der gleichen Größenordnung liegt wie charakteristische Zeitskalen der gelösten/suspendierten Spezies, zum Beispiel die Diffusionszeit kleiner Moleküle oder die Relaxationszeit von Polyelektrolyten. Viele dieser Aufgaben werden in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten B2 und B4 bearbeitet. Es wird erwartet, dass die Erforschung von transienten Effekten eine vielversprechende neue Perspektive für die Liquid Gating Technology eröffnen wird, die bisher hauptsächlich auf quasistationären Flüssigkeitsporen basiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5584: Transiente Siebe