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Clemens Kubeil – Elektrostatische Kontrolle des Stofftransports in mikro- und nanoskaligen Elektrolytsystemen

Viele Produktions- und Analyseverfahren profitieren zunehmend von neuesten nano-technologischen Entwicklungen zur Erweiterung bzw. Optimierung des jeweiligen Anwendungsgebietes. Häufig sind die systemtypischen Eigenschaften jedoch nur unvollständig verstanden, da sie verstärkt durch Oberflächeneigenschaften und Größenquantifizierungseffekte dominiert werden. Auch in der Elektrochemie und Galvanotechnik besteht großes Interesse, die notwendigen und grundlegenden Erkenntnisse über Mikro- und Nanosysteme zu gewinnen und entsprechend für eine Anwendung nutzbringend bereitzustellen.

Insbesondere in nanoskaligen Elektrolytsystemen, z. B. an porösen Oberflächen, in Membranen oder bei der Kompositabscheidung, spielt die elektrochemische Doppelschicht an geladenen Oberflächen eine entscheidende Rolle. Aufgrund der begrenzten Ausdehnung des Elektrolyten wird die Ionenverteilung maßgeblich durch die Oberflächenladung bestimmt. Dies hat unmittelbar Auswirkungen auf den ionischen und molekularen Stofftransport und somit auch auf die Potential- und Stromdichteverteilung. Für die galvanische Abscheidung von Metallen in solch kleinen Bereichen bedeutet dies, dass die elektrische Ladungsdichte der Matrix an kritischem Einfluss gewinnt: Je nach Vorzeichen kann sie eine inhibierende oder verstärkende Wirkung auf den Transport der Metallionen ausüben.

Der Vortrag zeigt anhand numerischer Simulationen und ausgewählten Experimenten, welche Doppelschicht-Effekte in nano-skaligen System auftreten und wie sich diese gezielt nutzen lassen, um beispielsweise galvanisch abgeschiedene Strukturen vorteilhaft zu beeinflussen.