Elektrobenetzung

Mit Elektrobenetzung (englisch electrowetting) wird das physikalische Phänomen bezeichnet, bei dem ein elektrisches Feld durch Veränderung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit (Elektrokapillarität) dazu führt, dass die Flüssigkeit einen Gegenstand stärker benetzt. Gabriel Lippmann lieferte 1875 die physikalische Erklärung dazu.

Aufbau einer Elektrobenetzungszelle

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Effekt der Elektrobenetzung (L – leitfähige Flüssigkeit, I – hydrophobe Isolatorschicht, S – Substrat).

Grundsätzlich besteht eine Elektrobenetzungszelle immer aus einer Art Kondensator, bei dem der Platz zwischen den Elektroden mit einer hydrophoben Flüssigkeit (z. B. Öl) und Wasser gefüllt ist, wobei eine der Elektroden hydrophob beschichtet ist. Ohne Feld legt sich das Öl als Film über die beschichtete Elektrode, mit Feld verdrängt das Wasser den Ölfilm, da das anliegende Feld die Polarisation der Dipole in der Wasseroberfläche aufhebt.

Kontaktwinkel der Flüssigkeiten

Der Kontaktwinkel verringert sich mit zunehmender Spannung U zwischen dem Flüssigkeitstropfen und der Elektrode unter der Auflagefläche gemäß der Lippmann-Gleichung:

$\cos \mathrm{\Phi }=\cos {\mathrm{\Phi }}_0+\frac{\epsilon \cdot U^2}{2\sigma \cdot d}$

Φ: Kontaktwinkel der Elektrobenetzung

Φ₀: Kontaktwinkel ohne elektrische Spannung

ε: Permittivität des Dielektrikums zwischen Elektrode und Flüssigkeit

d: Schichtdicke des Dielektrikums

σ: Oberflächenspannung der Flüssigkeit

Anwendungsgebiete

Über die Ausgestaltung des Flüssigkeitsraumes, der Elektroden und der Farbe des Öls kann man unterschiedliche elektrooptische Bauelemente realisieren:

• Farbdisplays
• Flüssiglinsen mit einstellbarer Brennweite
• Irisblenden

Elektrobenetzung kann in der Mikrofluidik Flüssigkeitsoberflächen stabilisieren, die sonst wegen der Kapillarkräfte zur Auflagefläche dynamisch instabil sind.

Weblinks

• ADT GmbH Bistabile EW-Displays mit erweitertem Temperaturbereich und Ablesbarkeit im hellen Sonnenlicht
• Liquavista, eine Ausgründung von Philips (engl.)
• Varioptik, Hersteller von Flüssiglinsen (engl.)
• Messebericht über EW-Linsensystem
• ElectroWetting Switch
• K. Blankenbach: Electrowetting – von der Physik zu Displays. (Populärwissenschaftlicher Artikel, PDF-Datei; 505 kB).