EP4269792B1 - Pump- und filteransätze über thermoinduzierte dielektrizitätsveränderung in 2d- und 3d-strukturen - Google Patents

Pump- und filteransätze über thermoinduzierte dielektrizitätsveränderung in 2d- und 3d-strukturen

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Publication number
EP4269792B1
EP4269792B1 EP23166610.8A EP23166610A EP4269792B1 EP 4269792 B1 EP4269792 B1 EP 4269792B1 EP 23166610 A EP23166610 A EP 23166610A EP 4269792 B1 EP4269792 B1 EP 4269792B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
substrate
electrode arrangement
medium
liquid
Prior art date
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Active
Application number
EP23166610.8A
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English (en)
French (fr)
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EP4269792A1 (de
Inventor
Thorsten Neumann
Armin SENNE
Juerg Schleuniger
Isabell Kegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benecke Kaliko AG
Original Assignee
Benecke Kaliko AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Benecke Kaliko AG filed Critical Benecke Kaliko AG
Publication of EP4269792A1 publication Critical patent/EP4269792A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4269792B1 publication Critical patent/EP4269792B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/006—Micropumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/02—Separators
    • B03C5/022—Non-uniform field separators
    • B03C5/026—Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]

Definitions

  • the EP 1465 729 B1 discloses a device for moving a fluid, comprising a substrate and a plurality of electrodes arranged parallel to one another. Unfortunately, this solution cannot ensure direction-dependent mixing processes.
  • the object of the present invention is to provide a substrate and a device for manipulating liquid conductive media that overcomes the disadvantages described above.
  • the provided substrates and devices should enable the manipulation of liquid conductive media without the use of chemical and/or mechanical aids.
  • the invention therefore relates to a substrate having an electrode arrangement applied thereon for manipulating a liquid conductive medium, wherein the electrode arrangement comprises electrode elements and at least one conductor track connecting the electrode elements, which are arranged in such a way that that the at least one conductor track forms a circuit when connected to an alternating current source, and the electrode elements are arranged in the circuit in such a way that two opposing electrode elements each form a pair of electrode and counterelectrode, and the electrodes and counterelectrodes are arranged alternately.
  • the electrode and the counterelectrode of a pair are arranged at an angle such that the electrode elements are not arranged parallel, preferably at an angle of 0° to 45°, particularly preferably at an angle of 0° to 25°.
  • An electrode array is applied to the substrate according to the invention for manipulating a liquid conductive medium.
  • the substrate on which the electrode array is applied is naturally made of a virtually non-conductive or insulating material.
  • the manipulation of the liquid conductive medium is understood to mean, in particular, processes selected from the mixing of the liquid medium, transporting or pumping of the liquid medium and/or the sorting, separation or filtering of components contained in the liquid medium.
  • the substrate on which the electrode arrangement is applied can be made of an organic or inorganic material, e.g., a plastic, an elastomer, glass, or a ceramic; a plastic or elastomer substrate is preferred.
  • suitable plastics are plastics made of polyester, polyvinyl chloride, polyurethane, or polyolefin, which can be crosslinked or uncrosslinked.
  • suitable elastomers are elastomers made of thermoplastic elastomer (TPE) or crosslinked isoprene.
  • TPE thermoplastic elastomer
  • An example of a suitable ceramic is aluminum oxide.
  • the substrate can be a hard or rigid, flexible, or elastic substrate.
  • the substrate can be a single layer or a multilayer composite, which may optionally include a textile carrier. If the substrate is a multilayer composite, the above information on the material refers to the upper layer on which the electrode arrangement is applied.
  • the substrate can be, for example, a film, a foil, a sheet, a mat, a 3D structure such as a hose, a hose distributor, or a hose coupling, a plate, or artificial leather, with the substrate preferably being made of plastic.
  • the sheet can be, for example, the inner surface of a hose.
  • the substrate is particularly preferably a plastic film.
  • the plastic film can be, for example, a polyester, polyvinyl chloride, polyurethane, or polyolefin film, whereby the plastic can be cross-linked or uncross-linked.
  • the plastic films especially those mentioned above, can contain thermally conductive fillers, such as silicon carbide or aluminum oxide, to enable the heat generated at the electrode elements to be dissipated.
  • the electrode arrangement applied to the substrate comprises electrode elements and at least one conductor track.
  • the electrode elements are electrically connected to the at least one conductor track.
  • the electrode elements and the at least one conductor track are formed from a conductive material. Furthermore, the electrode elements and the at least one conductor track can be applied to the substrate using the same method or a different method. As a rule, it is preferred that the electrode elements and the at least one conductor track are made of the same material and are applied to the substrate using the same method. The electrode elements and the at least one conductor track can be applied to the substrate simultaneously or sequentially.
  • Electrode elements and the at least one conductor track made of the same material are preferred for etched systems. In printed electronics, the same or different materials can be used for the electrode elements and the at least one conductor track.
  • Examples of materials for electrode elements and the at least one conductor track are independently conductive metals or conductive polymers.
  • conductive metals are copper, zinc, tin, platinum, nickel, palladium, gold, silver, iridium, tungsten, or mixtures thereof.
  • conductive polymers are polymers that are conductive themselves or polymers that contain conductive particles, e.g., made of carbon nanotubes (CNTs), graphite, or metal-coated CNTs, and are thus conductive.
  • Preferred materials are silver or conductive polymers containing CNTs or metal-coated CNTs.
  • semiconductors can also be used. However, these must be operated at a voltage at which they become electrical conductors.
  • One example is doped silicon, which also offers good chemical compatibility.
  • the electrode elements and the at least one conductor track can be applied to the substrate independently of one another using suitable application methods.
  • suitable application methods include etching, spraying, printing, ablation, plasma deposition, sputtering, scanning, or combinations thereof.
  • the electrode elements and/or the at least one conductor track, in particular the electrode elements, are preferably applied to the substrate by printing.
  • Suitable printing methods include, for example, flexographic printing, gravure printing, screen printing, offset printing, inkjet printing, or pad printing.
  • Rotary printing methods, such as flexographic printing or gravure printing are particularly well-suited for the production of such printed electrode arrangements or electrode elements, as they enable high throughput.
  • the applied electrode elements are printed electrode elements, in particular the applied electrode arrangement is a printed electrode arrangement.
  • Metals in particular copper, zinc, tin, platinum, palladium, nickel, gold, silver, iridium, are suitable as starting materials for applying the electrode elements and/or the at least one conductor track by plasma deposition. Tungsten or combinations thereof, or salts of these metals. Ideally, inert metal compounds are used.
  • Suitable fluids for printing the electrode elements and/or the at least one conductor track include, for example, solvent-based, solvent-free, or aqueous pastes, solutions or dispersions of metallic particles, in particular nano- or microparticles, metal salt solutions reduced by redox systems, or conductive polymers or dendrimers. Furthermore, mixing processes and mixed solutions can also be used. Conductive pastes are particularly preferred as the fluid.
  • the electrode arrangement is such that the volume of the electrode and counter electrode is equal and the distance (d1) between the electrode and counter electrode of one pair and the distance (d2) between two adjacent pairs of electrode and counter electrode are equal.
  • Electrode arrangement A Such an electrode arrangement is referred to herein as Electrode arrangement A.
  • Fig. 1a shown.
  • An equal volume of two electrode elements generally means that the length, width, and thickness of both electrode elements are the same.
  • a different volume of two electrode elements generally means that the electrode elements differ in width and/or thickness, generally width or thickness.
  • the length of the electrode elements is usually the same.
  • the appropriate frequency of the alternating field and the appropriate applied voltage can vary depending on the application and can be determined by means of the An alternating current source can be set in the circuit.
  • the alternating field used can be set in ranges from low kHz to high MHz, e.g., in the range from 0.1 kHz to 20 MHz.
  • voltages in the range from low mV (e.g., 1 mV or 5 mV) up to 100 V can be used.
  • the alternating voltage must be selected so that electrolysis of the medium does not occur.
  • the current intensity is determined by the number of electrodes, their spacing, and the conductivity of the medium. If the current is too high, caused by the distances between the electrodes being too small at high conductivity, the voltage must be reduced accordingly, or a current limiter must be installed. Alternatively, the electrode area can be reduced.
  • a further advantage of the high-frequency alternating field is that no electrode material is electrolytically degraded, built up or deposited.
  • Applications include, among other things, surface structures in both the 2D and 3D realms. These 3D structures can also be the interior surfaces of hoses, for example.
  • the application allows multiple functions to be integrated into this hose. For example, immiscible media such as water and oil can be dispersed during the flow, and the resulting emulsion droplets can be defined by the excitation of the alternating current.
  • Additional functions include a reduction of flow resistance by triggering the reduction of surface effects.
  • hoses or plates can be used directly as pump units. This has the advantage of reducing weight and the number of units used. Mechanical moving parts are no longer required.
  • liquid conductive medium is subjected to high G-forces, such as in aircraft applications.
  • the liquid conductive medium can thus be manipulated without disturbing effects, such as the Coriolis force, on mechanical rotating parts.
  • Additional applications in hoses can include the separation of different particles, where the particles may differ in size and/or type. This allows, for example, particles contained in a liquid conductive medium contained in the hose, such as suspended particles, microplastics, or similar disruptive particles, to be separated. This would allow, among other things, longer service life for components, reduced wear, and more sustainable media purification.
  • Additional applications for the substrate or device according to the invention are in the cooling of batteries and To use accumulators, especially in the high-performance sector, such as mobile applications, for highly efficient heat dissipation through reduced surface effects.
  • Another application is the mixing of liquid conductive media in which chemical reactions are to be carried out.
  • chemical reactions can be significantly accelerated through near-surface triggered diffusion compared to large-scale reactors with conventional mixing systems.
  • biological conversion reactions have been accelerated by 5 to 50 times.
  • Fig. 1a shows a partial schematic top view of an exemplary electrode arrangement on a substrate (not shown) according to the prior art.
  • the section shows only a left-hand section of the arrangement.
  • the upper and lower parts of the at least one conductor track 2 are connected to one another in order to close the circuit.
  • the alternating arrangement of electrodes 3 and counterelectrodes 4 is continued there.
  • the electrode arrangement shown is connected to the alternating current source 1 via the at least one conductor track 2.
  • the electrode arrangement has a plurality of electrode elements, two of which each form a pair of electrode 3 and counterelectrode 4.
  • the electrodes 3 and counterelectrodes 4 are arranged alternately.
  • Fig. 1a A symmetrical electrode arrangement according to the electrode arrangement A described above is shown.
  • the volume of the electrodes 3 and counter electrodes 4 are equal. All electrode elements are equal in length, width and thickness. Furthermore, the distance (d1) between electrode 3 and counter electrode 4 of a pair and the distance (d2) between two adjacent pairs of electrode 3 and counter electrode 4 is equal.
  • Fig. 1b shows a partial schematic plan view of another exemplary electrode arrangement on a substrate (not shown) according to the prior art.
  • the arrangement corresponds, apart from the differences mentioned below, to that shown in Fig. 1a , so reference is made to it in this regard.
  • a variant of the asymmetrical electrode arrangement according to the electrode arrangement A2 described above is shown, which is referred to here as electrode arrangement B.
  • the volume of the electrodes 3 differs from the volume of the counter electrodes 4.
  • the different volume results from the fact that the width (w1) of the counter electrodes differs from the width (w2) of the electrodes.
  • the length and thickness of all electrode elements are the same.
  • the distance (d1) between the electrode and counter electrode of a pair and the distance (d2) between two adjacent pairs of electrode and counter electrode are the same. Due to the asymmetrical electrode arrangement, the field lines formed in the method according to the invention are shifted in a specific direction, whereby a one-sidedly amplified flux is generated.
  • Fig. 1c shows a partial schematic plan view of another exemplary electrode arrangement on a substrate (not shown) according to the prior art.
  • the arrangement corresponds, apart from the differences mentioned below, to that shown in Fig. 1a , so reference is made to it in this regard.
  • FIG. 1c A variant of the asymmetrical electrode arrangement according to the electrode arrangement A2 described above is shown, which is referred to here as electrode arrangement C.
  • electrode arrangement C the volume of the electrodes 3 and counter electrodes 4 are equal. All electrode elements are equal in length, width, and thickness. However, The distance (d1) between the electrode and counterelectrode of a pair differs from the distance (d2) between two adjacent pairs of electrode and counterelectrode. Due to the asymmetrical electrode arrangement, the field lines formed in the method according to the invention are shifted in a specific direction, thereby generating a one-sidedly amplified flux.
  • Fig. 2 shows a partial schematic cross-section of a substrate 5 in a liquid conductive medium 6 with an applied alternating current.
  • the electrode arrangement On the substrate 5 is the electrode arrangement, of which a pair of electrode 3 and counter electrode 4 is shown in cross-section.
  • Fig. 2 The electrode arrangement shown is the one in Fig. 1a shown symmetrical electrode arrangement A.
  • the liquid conductive medium 6 is in contact with the electrode array.
  • the applied alternating voltage causes an alternating current to flow through the array, generating a symmetrical alternating electric field 7 between electrode 3 and counter electrode 4.
  • the alternating field creates a temperature gradient T in the medium 6, as the temperature increases more sharply near the electrodes than in more distant areas of the medium. Since the dielectricity of the medium material decreases at higher temperatures, a corresponding dielectric gradient D is generated. This moment causes a macroscopic movement of the medium toward the electrodes. As a result, mixing of the liquid conductive medium occurs.
  • Fig. 3 shows a partial schematic cross-section of a substrate 5 in a liquid conductive medium 6 with an applied alternating current.
  • the electrode arrangement On the substrate 5 is the electrode arrangement, of which a pair of electrode 3 and counter electrode 4 is shown in cross-section.
  • Fig. 3 The electrode arrangement shown is a variant of an asymmetrical electrode arrangement according to the described electrode arrangement A2. In this variant, a different volume of electrode 3 and Counter electrode 4 due to the different thickness of electrode 3 and counter electrode 4.
  • the liquid conductive medium 6 is in contact with the electrode arrangement.
  • the applied alternating voltage causes an alternating current to flow through the arrangement, generating an alternating electric field 7 with shifted field lines between electrode 3 and counter electrode 4.
  • the alternating field creates a temperature gradient T in the medium 6, as the temperature increases more sharply near the electrodes than in areas of the medium further away. Since the dielectricity of the medium material decreases at higher temperatures, a corresponding dielectric gradient D is generated.
  • the shifted alternating field 7 generates a one-sidedly amplified flow. This leads to a unidirectional push, indicated by the dashed arrows, rather than a homogeneous mixture between the electrodes.
  • Fig. 4 shows a partial schematic top view of another exemplary electrode arrangement on a substrate according to the invention, wherein the electrode elements have an angled arrangement, with electrode 3 and counterelectrode 4 of a respective pair having an angled arrangement.
  • the angle can be approximately 15°, for example. Due to the angled arrangement, directional mixing processes can be adjusted depending on the angle.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a device according to the invention in the form of a tube.
  • the tube 8 can be a conventional tube, e.g. a plastic tube, on the inside of which a substrate 5 according to the invention with an applied electrode arrangement 9 is located.
  • the electrode arrangement 9 can, for example, be an arrangement as shown in the Fig. 1a, 1b, 1c , 2, 3 4 respectively.
  • the electrode arrangement can be connected to an alternating current source via provided power connections 10, in particular for high-frequency current.
  • the substrate can, for example, be the inner layer of the tube, ie be integrated therein, or be a plastic film applied to the inside of the tube with the applied electrode arrangement 9.
  • a liquid conductive medium contained in the tube can be manipulated.
  • the manipulation can involve, for example, mixing or pumping the medium or sorting different components within the medium.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Substrat mit einer darauf aufgebrachten Elektrodenanordnung zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums, eine das Substrat aufweisende Vorrichtung, ein Verfahren zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums mittels der Vorrichtung und einer Wechselstromquelle sowie die Verwendung des Substrats.
  • Verschmutzungen auf Oberflächen, in Schläuchen oder auch auf Transportbändern können mittels direkter Methoden entfernt werden, beispielsweise mit einem Schwamm und Lösungsmittel oder wässrigen Seifenlösungen. Schwierigkeiten können bei schwer zugänglichen Stellen auftreten. Eine solche Reinigung ist gewöhnlich auch nicht im laufenden Betrieb möglich, z.B. während des Transports von Flüssigkeiten in Schläuchen.
  • Das Reinigen von Flüssigkeiten bzw. Gewässern, die durch Mikro- und Makroplastikpartikel verschmutzt sind, ist ebenfalls problematisch, insbesondere, wenn dies autark erfolgen soll.
  • Zum Transportieren von Flüssigkeiten werden in der Regel Pumpsysteme eingesetzt. Pumpsysteme sind meist mit beweglichen Teilen, wie Schaufelräder oder Peristaltiksystemen, aufgebaut, welche nach gewisser Zeit spröde werden und versagen können. Insbesondere im Extrembereich, zum Beispiel bei hohen G-Kräften, versagen mechanische System aufgrund des Gyroseffektes und dem Druck auf die Lager.
  • Zum Mischen von Flüssigkeiten müssen gewöhnlich mechanische Rührsysteme mit beweglichen Teilen eingesetzt werden.
  • Insgesamt haben konventionelle Methoden zur Manipulation von Flüssigkeiten im Bereich Reinigen, Sortieren, Filtern und Transportieren bzw. Pumpen, Nachteile, die sich durch mechanische Reinigung und damit verbundener Abrasion, Verwendung von umweltunverträglichen Beschichtungen (Perfluorverbindungen) und Reinigungsmitteln und Einsatz mechanischer Vorrichtungen, wie Pumpsysteme und Rührer, ergeben.
  • Diese konventionellen Methoden sind wenig nachhaltig, da sie chemische und/oder mechanische Hilfsmittel erfordern und die Gebrauchsdauer der mechanischen Hilfsmittel beschränkt ist.
  • Die EP 1465 729 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Bewegen eines Fluids, aufweisend ein Substrat und mehrere parallel zueinander angeordnete Elektroden. Nachteiliger Weise können richtungsabhängige Mischungsvorgänge durch diese Lösung nicht sichergestellt werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Substrats und einer Vorrichtung zum Manipulieren von flüssigen leitfähigen Medien, die die vorstehend beschriebenen Nachteile überwindet. Insbesondere sollen die bereitgestellten Substrate und Vorrichtungen ein Manipulieren von flüssigen leitfähigen Medien ohne Einsatz von chemischen und/oder mechanischen Hilfsmitteln ermöglichen.
  • Es wurde festgestellt, dass diese Aufgabe durch den Einsatz hochfrequenter Reinigungs-, Misch-, Sortier- und Pumpsysteme gelöst werden kann, welche auf einem statischen Aufbau basieren und somit lokal auf zwei- oder dreidimensionalen Oberflächen aufgebracht und durch elektrische Ansteuerung geschaltet werden können.
  • Die Erfindung betrifft daher ein Substrat mit einer darauf aufgebrachten Elektrodenanordnung zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums, wobei die Elektrodenanordnung Elektrodenelemente und mindestens eine die Elektrodenelemente verbindende Leiterbahn umfasst, die so angeordnet sind, dass die mindestens eine Leiterbahn bei Verbinden mit einer Wechselstromquelle einen Stromkreis bildet und die Elektrodenelemente in einer solchen Weise in dem Stromkreis angeordnet sind, dass jeweils zwei sich gegenüberliegende Elektrodenelemente ein Paar aus Elektrode und Gegenelektrode bilden und Elektroden und Gegenelektroden alternierend angeordnet sind. Die Elektrode und die Gegenelektrode eines Paares sind in einem Winkel angeordnet, sodass die Elektrodenelemente nicht parallel angeordnet sind, bevorzugt in einem Winkel von 0° bis 45°, besonders bevorzugt in einem Winkel von 0° bis 25°.
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen in
    • Fig. 1a
    eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine beispielhafte Elektrodenanordnung auf einem Substrat gemäß Stand der Technik
    Fig. 1b
    eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Elektrodenanordnung auf einem Substrat gemäß Stand der Technik
    Fig. 1c
    eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Elektrodenanordnung auf einem Substrat gemäß Stand der Technik
    Fig. 2
    einen ausschnittsweisen schematischen Querschnitt auf ein Substrat gemäß Stand der Technik in einem flüssigen leitfähigen Medium bei angelegtem Wechselstrom
    Fig. 3
    einen ausschnittsweisen schematischen Querschnitt auf ein erfindungsgemäßes Substrat in einem flüssigen leitfähigen Medium bei angelegtem Wechselstrom
    Fig. 4
    eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Elektrodenanordnung mit einer gewinkelten Anordnung der Elektrodenelemente auf einem erfindungsgemäßen Substrat
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Schlauchs
  • Die Erfindung wird nachstehend im Einzelnen erläutert.
  • Auf dem erfindungsgemäßen Substrat zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums ist eine Elektrodenanordnung aufgebracht. Das Substrat, auf dem die Elektrodenanordnung aufgebracht ist, ist naturgemäß aus einem praktisch nichtleitenden bzw. isolierenden Material.
  • Unter der Manipulation des flüssigen leitfähigen Mediums werden in dieser Anmeldung insbesondere Vorgänge verstanden, die ausgewählt sind aus dem Mischen des flüssigen Mediums, Transportieren oder Pumpen des flüssigen Mediums und/oder dem Sortieren bzw. Auftrennen oder Filtrieren von im flüssigen Medium enthaltenen Bestandteilen.
  • Das Substrat, auf dem die Elektrodenanordnung aufgebracht ist, kann aus einem organischen oder anorganischen Material sein, z.B. einem Kunststoff, einem Elastomer, Glas oder einer Keramik, bevorzugt ist ein Kunststoff- oder Elastomersubstrat. Beispiele für geeignete Kunststoffe sind Kunststoffe aus Polyester, Polyvinylchlorid, Polyurethan oder Polyolefin, wobei die Kunststoffe vernetzt oder unvernetzt sein können. Beispiele für geeignete Elastomere sind Elastomere aus thermoplastischem Elastomer (TPE) oder vernetztem Isopren. Ein Beispiel für eine geeignete Keramik ist Aluminiumoxid.
  • Das Substrat kann ein hartes bzw. starres, flexibles oder elastisches Substrat sein. Das Substrat kann eine Einzelschicht oder ein Mehrschichtverbund sein, wobei das Substrat gegebenenfalls einen textilen Träger umfassen kann. Sofern das Substrat ein Mehrschichtverbund ist, beziehen sich die obigen Angaben zum Material auf die obere Schicht, auf der die Elektrodenanordnung aufgebracht ist.
  • Das Substrat kann z.B. ein Film, eine Folie, eine Bahn, eine Matte, eine 3D-struktur, wie z.B. ein Schlauch, ein Schlauchverteiler oder eine Schlauchkupplung, eine Platte oder ein Kunstleder sein, wobei das Substrat bevorzugt aus Kunststoff ist. Die Bahn kann z.B. eine Schlauchinnenfläche sein. Das Substrat ist besonders bevorzugt eine Kunststofffolie.
  • Die Kunststofffolie kann z.B. eine Polyester-, Polyvinylchlorid-, Polyurethan- oder Polyolefin-Folie sein, wobei der Kunststoff vernetzt oder unvernetzt sein kann. Die Kunststofffolien, insbesondere die vorstehend Genannten, können wärmeleitfähige Füllstoffen enthalten, wie z.B. Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid, um eine Temperaturabführung der an den Elektrodenelementen erzeugten Wärme zu ermöglichen.
  • Die auf dem Substrat aufgebrachte Elektrodenanordnung umfasst Elektrodenelemente und mindestens eine Leiterbahn. Die Elektrodenelemente sind mit der mindestens einen Leiterbahn elektrisch verbunden.
  • Die Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn sind aus einem leitfähigen Material gebildet. Ferner können die Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn mit dem gleichen Verfahren oder einem unterschiedlichen Verfahren auf das Substrat aufgebracht werden. In der Regel ist es bevorzugt, dass die Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn aus dem gleichen Material sind und mit dem gleichen Verfahren auf das Substrat aufgebracht werden. Die Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn können gleichzeitig oder nacheinander auf das Substrat aufgebracht werden.
  • Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn aus gleichem Material werden bevorzugt bei geätzten Systemen genutzt. Bei gedruckter Elektronik können gleiche oder unterschiedliche Materialien für die Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn eingesetzt werden.
  • Beispiele für Materialien für Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn sind unabhängig voneinander leitfähige Metalle oder leitfähige Polymere. Beispiele für leitfähige Metalle sind Kuper, Zink, Zinn, Platin, Nickel, Palladium, Gold, Silber, Iridium, Wolfram oder Mischungen davon. Beispiele für leitfähige Polymere sind Polymere, die selbst leitfähig sind, oder Polymere, die leitfähige Partikel, z.B. aus Kohlenstoffnanoröhren (CNT = carbon nanotubes), Graphit oder mit Metall beschichtetem CNT, enthalten und dadurch leitfähig werden. Bevorzugte Materialien sind Silber oder leitfähige Polymere, die CNT oder mit Metall beschichtetes CNT enthalten.
  • Weitere geeignete Materialien sind Metallmischungen, bei denen auf ein Basismetall, z.B. Kupfer oder Nickel, ein anderes Metall, z.B. Gold, Platin oder Palladium, aufgebracht ist, z.B. durch elektrolytische Abscheidung. Dies ermöglicht eine bessere chemische Resistenz.
  • Neben den leitfähigen Polymeren und Metallen können auch Halbleiter verwendet werden. Diese müssen jedoch bei einer Spannung betrieben werden, bei welcher sie zu elektrischen Leitern werden. Ein Beispiel ist dotiertes Silicium, das auch eine gute chemische Verträglichkeit liefert.
  • Die Elektrodenelemente und die mindestens eine Leiterbahn können unabhängig voneinander durch geeignete Auftragsverfahren auf das Substrat aufgebracht werden. Beispiele für geeignete Auftragsverfahren sind Ätzen, Sprühen, Drucken, Ablation, Plasmaabscheidung, Sputtern, Rastern oder Kombinationen davon. Die Elektrodenelemente und/oder die mindestens eine Leiterbahn, insbesondere die Elektrodenelemente, werden bevorzugt durch Drucken auf das Substrat aufgebracht. Zweckmäßige Druckverfahren sind z.B. Flexodruck, Tiefdruck, Siebdruck, Offsetdruck, Inkjetdruck oder Tampondruck. Insbesondere Rotationsdruckverfahren, wie z.B. Flexodruck oder Tiefdruck, sind für die Fertigung solcher aufgedruckten Elektrodenanordnungen bzw. Elektrodenelemente prädestiniert, da dadurch ein hoher Durchsatz ermöglicht wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind daher die aufgebrachten Elektrodenelemente gedruckte Elektrodenelemente, insbesondere ist die aufgebrachte Elektrodenanordnung eine gedruckte Elektrodenanordnung.
  • Als Ausgangsmaterialien zum Aufbringen der Elektrodenelemente und/oder der mindestens einen Leiterbahn durch Plasmaabscheidung eignen sich Metalle, insbesondere Kuper, Zink, Zinn, Platin, Palladium, Nickel, Gold, Silber, Iridium, Wolfram oder Kombinationen davon oder Salzen dieser Metalle. Idealerweise werden inerte Metallverbindungen verwendet.
  • Als Fluide zum Aufdrucken der Elektrodenelemente und/oder der mindestens einen Leiterbahn eignen sich z.B. lösungsmittelhaltige, lösungsmittelfreie oder wässrige Pasten, Lösungen oder Dispersionen von metallischen Partikeln, insbesondere Nano- oder Mikropartikeln, Metallsalzlösungen, die mittel Redoxsysteme reduziert werden, oder leitfähigen Polymeren oder Dendrimeren. Ferner können auch Mischverfahren und Mischlösungen verwendet werden. Besonders bevorzugt werden als Fluid leitfähige Pasten verwendet.
  • Nach Aufdrucken des Fluides auf das Substrat ist zur Herstellung der Elektrodenanordnung gewöhnlich noch eine Nachbehandlung des aufgebrachten Fluides erforderlich. Durch die Nachbehandlung erfolgt insbesondere eine Verfestigung des Materials. Diese Nachbehandlung kann z.B. durch Konvektion bzw. Wärmebehandlung, Nahinfrarot (NIR)-Bestrahlung, Infrarot (IR)-Bestrahlung oder Ultraviolett (UV)-Bestrahlung oder photonisches Sintern erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden die gedruckten Elektrodenelemente, insbesondere die aufgedruckte Elektrodenanordnung, durch mustermäßiges Aufdrucken einer elektrisch leitfähigen Paste auf das Substrat und anschließendes Behandeln der aufgedruckten Paste durch UV-Bestrahlung hergestellt.
  • Die Anzahl der interagierenden Elektrodenelemente in der Elektrodenanordnung kann in breiten Bereichen variieren. Die Elektrodenanordnung kann z.B. mindestens 2, bevorzugt mindestens 4, bevorzugter mindestens 10 und besonders bevorzugt mindestens 20 Elektrodenelemente aufweisen. Es können aber auch deutlich mehr Elektrodenelemente enthalten sein, z.B. mindestens 50 oder mindestens 100 Elektrodenelemente. Unter einer alternierenden Anordnung wird hier auch eine Anordnung aus einer Elektrode und einer Gegenelektrode verstanden. Bei interagierenden Elektrodenelementen stehen jeweils zwei Elektrodenelemente so gegenüber, dass ein definiertes Feld aufgebaut werden kann.
  • Die Elektrodenelemente weisen horizontal zur Substratebene eine Länge und eine Breite und vertikal zur Substratebene eine Dicke auf. Die Länge ist größer als die Breite und die Dicke, im Allgemeinen deutlich größer.
  • Es versteht sich, dass die Dimensionierung der Elektrodenanordnung auf dem Substrat je nach Anwendung deutlich variieren kann. Mit den heute verfügbaren Auftragstechniken können solche Elektrodenanordnungen im Mikrometerbereich angefertigt werden, die z.B. eine Fläche von 25 µm2 oder mehr ausmachen. Es können natürlich auch deutlich größere Elektrodenanordnungen im Quadratmeterbereich erstellt werden.
  • Die Elektrodenelemente und die mindestens eine die Elektrodenelemente verbindende Leiterbahn in der Elektrodenanordnung sind so angeordnet, dass die mindestens eine Leiterbahn bei Verbinden mit einer Wechselstromquelle einen Stromkreis bildet und die Elektrodenelemente in einer solchen Weise in dem Stromkreis angeordnet sind, dass jeweils zwei sich gegenüberliegende Elektrodenelemente ein Paar aus Elektrode und Gegenelektrode bilden und Elektroden und Gegenelektroden alternierend angeordnet sind.
  • Die Elektrodenelemente weisen horizontal zur Substratebene eine Länge und eine Breite und vertikal zur Substratebene eine Dicke auf. Die Länge ist größer als die Breite und die Dicke, im Allgemeinen deutlich größer. Die Elektrodenelemente sind typischerweise parallel zueinander angeordnet, insbesondere wenn eine lineare, zu den Elektroden orthogonal liegende Bewegung gewünscht wird. Die Elektrodenelemente sind ferner in der Elektrodenanordnung typischerweise periodisch angeordnet.
  • Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist eine gewinkelte Anordnung der Elektrodenelemente, wobei jeweils die Elektrode und Gegenelektrode eines Paares in einem Winkel angeordnet sind. Eine solche Ausführungsform ist schematisch in Fig. 4 gezeigt. Der Winkel zwischen Elektrode und Gegenelektrode des jeweiligen Paares kann z.B. im Bereich von 0° bis 45°, bevorzugt 0° bis 25°, liegen. Durch die gewinkelte Anordnung können z.B. richtungsweisende Mischvorgänge in Abhängigkeit vom Winkel eingestellt werden. Hierbei entsteht vom kleineren zum größeren Abstand hin eine Strömung.
  • Die mindestens einen Leiterbahn bzw. an den beiden Enden der mindestens einen Leiterbahn kann eine Wechselstromquelle angelegt werden, so dass ein Wechselstromkreis gebildet wird, an den die Elektrodenelemente angeschlossen sind. Die Elektrodenelemente sind innerhalb des Stromkreises angeordnet.
  • Die Anordnung ist so gestaltet, dass bei Anlegen eines Wechselstroms jeweils zwei Elektrodenelemente ein Paar aus Elektrode und Gegenelektrode bilden. Elektrode und Gegenelektrode sind alternierend angeordnet, d.h. auf ein als Elektrode fungierendes Elektrodenelement folgt ein als Gegenelektrode fungierendes Elektrodenelement, dem wiederum ein als Elektrode fungierendes Elektrodenelement folgt usw.
  • Der Abstand (d1) zwischen Elektrode und Gegenelektrode eines Paares ist der Abstand von der Breitenmitte der Elektrode zur Breitenmitte der Gegenelektrode. Der Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode und Gegenelektrode ist der Abstand zwischen jeweils dem Elektrodenelement der beiden Paare, die sich am nächsten liegen, bezogen auf die Breitenmitte. Bei einer vorstehend beschriebenen gewinkelten Anordnung der Elektrodenanordnung beziehen sich die Abstände (d1) und (d2) jeweils auf den kürzesten Abstand zwischen den beiden zu betrachtenden Elektrodenelementen.
  • In einer Ausführungsform gemäß Stand der Technik ist die Elektrodenanordnung so, dass das Volumen von Elektrode und Gegenelektrode gleich ist und der Abstand (d1) zwischen Elektrode und Gegenelektrode eines Paares und der Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode und Gegenelektrode gleich sind. Eine solche Elektrodenanordnung wird hier als Elektrodenanordnung A bezeichnet. In solche Ausführungsform ist in Fig. 1a gezeigt.
  • In einer Ausführungsform ist die Elektrodenanordnung so, dass das Volumen von Elektrode und Gegenelektrode sich unterscheidet und/oder der Abstand (d1) zwischen Elektrode und Gegenelektrode eines Paares sich vom dem Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode und Gegenelektrode unterscheidet. Eine solche Elektrodenanordnung wird hier als Elektrodenanordnung A2 bezeichnet. Varianten dieser Ausführungsform sind in Fig. 1b, Fig. 1c und Fig. 3 gezeigt.
  • Ein gleiches Volumen von zwei Elektrodenelementen bedeutet im Allgemeinen, dass Länge, Breite und Dicke der beiden Elektrodenelemente jeweils gleich sind. Ein unterschiedliches Volumen von zwei Elektrodenelementen bedeutet im Allgemeinen, dass die Elektrodenelemente sich in Breite und/oder Dicke, im allgemeinen Breite oder Dicke, unterscheiden. Die Länge der Elektrodenelemente ist in der Regel gleich.
  • Die physikalischen Prinzipien, die dem System zugrunde liegen, werden nachstehend bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erörtert.
  • Die fertiggestellten Substrate mit der aufgebrachten Elektrodenanordnung, insbesondere der gedruckten Elektrodenanordnung, sind nach der Aufbringung bzw. dem Druck direkt für den Einsatz bereit oder sie können auf verschiedenste Oberflächen auflaminiert werden.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums, wobei die Vorrichtung zum Aufbewahren und/oder Transportieren des flüssigen leitfähigen Mediums geeignet ist und in der Vorrichtung ein erfindungsgemäßes Substrat wie vorstehend beschrieben angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Substrat ist so angeordnet, dass die darauf befindliche Elektrodenanordnung bei Einfüllen des flüssigen leitfähigen Mediums in die Vorrichtung oder bei Einleiten bzw. Durchleiten des flüssigen leitfähigen Mediums durch die Vorrichtung mit dem flüssigen leitfähigen Medium in Kontakt kommt.
  • Beispiele für geeignete Vorrichtungen beinhalten einen Behälter, ein Becken, ein Rohr bzw. eine Rohrleitung oder einen Schlauch bzw. eine Schlauchleitung, einen Schlauchverteiler oder eine Schlauchkupplung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine oder mehrere Zuleitungen und/oder eine oder mehrere Ableitungen für das flüssige leitfähige Medium aufweisen. Des Weiteren kann diese Technik auch für einen besseren Wärmetransfer von Solarthermieanlagen oder -modulen verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Substrate werden optional auf Flächenkollektoren aufgebracht, um mögliche Erwärmung zu reduzieren..
  • Das erfindungsgemäße Substrat kann in der Vorrichtung frei angeordnet sein, z.B. durch Einhängen des Substrats in die Vorrichtung oder durch Fixierung des Substrats an der Vorrichtung mittels Halterungselementen.
  • Es ist aber bevorzugt, dass das Substrat auf einer Innenfläche der Vorrichtung aufgebracht ist oder in einer Innenfläche der Vorrichtung integriert ist. Das Substrat kann auf die gesamte Innenfläche der Vorrichtung aufgebracht sein oder vorzugsweise auf einem Teil der Innenfläche. Entsprechend kann das Substrat in der gesamten Innenfläche integriert sein bzw. diese bilden oder bevorzugt in einem Teil der Innenfläche integriert sein bzw. diesen bilden. Es versteht sich, dass das Substrat so positioniert ist, dass die Seite mit der Elektrodenanordnung zu dem Innenraum gerichtet ist, in den das flüssige leitfähige Medium eingefüllt bzw. eingeleitet wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Substrat mit der darauf aufgebrachten Elektrodenanordnung auf einer Innenfläche der Vorrichtung aufgebracht, z.B. durch Auflaminieren des Substrats auf eine Innenfläche der Vorrichtung. Es ist bevorzugt, dass das Substrat flexibel ist. Besonders geeignet ist hierfür eine Kunststofffolie, auf die die Elektrodenanordnung aufgebracht, bevorzugt aufgedruckt, ist.
  • Auf diese Weise können in einfacher Weise die Substrate mit der Elektrodenanordnung ganzflächig oder bevorzugt lokal auf zwei- oder dreidimensionalen Oberflächen aufgebracht werden. Es wird insgesamt ein statischer Aufbau ohne bewegliche mechanische Teile erhalten. Die Elektrodenanordnung kann durch elektrische Ansteuerung geschaltet werden. Hierzu wird das erfindungsgemäße Substrat bzw. die darauf befindliche Elektrodenanordnung mit einer zugehörigen Wechselstromquelle verbunden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums mittels einer Wechselstromquelle und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des flüssigen leitfähigen Mediums mit der auf dem Substrat aufgebrachten Elektrodenanordnung in der Vorrichtung und das Anlegen eines Wechselstroms an die Elektrodenanordnung mittels der Wechselstromquelle zur Manipulation des flüssigen leitfähigen Mediums umfasst.
  • Das flüssige leitfähige Medium ist ein elektrisch leitfähiges flüssiges Medium. Das flüssige Medium enthält für die elektrische Leitfähigkeit gewöhnlich einen oder mehrere Elektrolyten, wie z.B. gelöste Salze, ionische Polymere, Säuren oder Basen. Hierfür reichen die in normalem Leitungswasser oder in Gewässern gelösten Mineralien völlig aus. Destilliertes Wasser weist keine geeignete elektrische Leitfähigkeit aus. Hier wären Elektrolyte zusetzen, um elektrische Leitfähigkeit zu erhalten.
  • Das flüssige leitfähige Medium kann eine homogene oder heterogene Phase sein. Beispiele sind eine wässrige Lösung oder Dispersion, eine Flüssigkeit mit organischer und wässriger Phase, Flüssigsalzsysteme oder Partikel enthaltende Flüssigkeiten.
  • Ein Beispiel für eine Flüssigkeit mit organischer und wässriger Phase ist ein Öl-Wasser-Gemisch, für die z.B. eine Durchmischung gewünscht ist. Ein Flüssigsalzsystem ist eine Salzschmelze, z.B. eine Salzschmelze von Ammoniumacetat, welches bei ca. 115 °C schmilzt und Flusseigenschaften aufweist. Sofern die Materialien des erfindungsgemäßen Substrats, wie z.B. das Substratmaterial und das Elektrodenmaterial, dafür geeignet sind, können auch Salzschmelzen von Metallsalzen, wie z.B. Lithiumactetat, Lithiumcitrat oder Lithiumchlorid, eingesetzt werden.
  • Ein Beispiel für wässrige Lösungen ist z.B. eine Kochsalzlösung, wie sie z.B. in Flüssigsalzreaktoren, Flüssigsalzbatterien oder Brennstoffzellen eingesetzt wird. Hier kann eine Durchmischung des Flüssigsalzes gewünscht sein, um Oberflächenreaktionen zu beschleunigen.
  • Die Partikel enthaltende Flüssigkeit kann z.B. eine wässrige Lösung oder Dispersion sein, in der Partikel enthalten sind. Die Partikel können aus jedem beliebigen festen Material sein, z.B. aus einer oder mehreren Plastiksorten und/oder einem anorganischen Material. Die Partikel können Partikel aus gleichem oder unterschiedlichem Material enthalten. Die Partikel können aus einem leitfähigen und/oder nichtleitfähigen Material sein. Es können z.B. Partikel mit und ohne Rußbefüllung vorliegen. Die Partikel können ferner Partikel mit gleicher Teilchengröße oder unterschiedlicher Teilchengröße, d.h. mit einer Teilchengrößenverteilung, umfassen. Bei den Partikeln kann es sich z.B. um Verunreinigungen in der Flüssigkeit handeln, wie z.B. Mikroplastik und/oder Makroplastik, die z.B. aus der Flüssigkeit entfernt oder nach bestimmten Kriterien aufgetrennt werden sollen. Unter Mikroplastik werden im allgemeinen Kunststoffteilchen mit einem Durchmesser unter 5 mm verstanden.
  • Das flüssige leitfähige Medium kann ferner je nach Anwendung weitere beliebige Bestandteile enthalten, z.B. Edukte, die für eine Beschleunigung der Reaktion gemischt werden sollen, oder andere Bestandteile, für die eine homogene Durchmischung gewünscht ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Inkontaktbringen des flüssigen leitfähigen Mediums mit der auf dem Substrat aufgebrachten Elektrodenanordnung in der Vorrichtung. Dies kann durch Einfüllen oder Einleiten des flüssigen leitfähigen Mediums in die Vorrichtung erfolgen.
  • Ferner umfasst das Verfahren das Anlegen eines Wechselstroms an die Elektrodenanordnung mittels der Wechselstromquelle zur Manipulation des flüssigen leitfähigen Mediums. Der Wechselstrom kann periodisch oder kontinuierlich angelegt werden. Bei eingeschalteter Wechselstromquelle bildet sich ein Stromkreis und der Wechselstrom fließt durch die Elektrodenanordnung bzw. die Elektrodenelemente die gemäß der Anordnung Elektroden und Gegenelektroden bilden, d.h. je nach Phase des Wechselstroms Kathode und Anode und umgekehrt. Bei angelegtem Wechselstrom und in Kontakt stehendem flüssigem leitfähigen Medium bilden sich an den Elektroden und Gegenelektroden elektrische Wechselfelder aus, die in Abhängigkeit von der Elektrodenanordnung symmetrisch oder unsymmetrisch sein können.
  • Die Dielektrizitätskonstante ist eine Materialkonstante, die u.a. von Temperatur und angelegter Frequenz abhängt. Dielektrizitätskonstanten für bestimmte Materialien werden z.B. häufig für 18 °C und 50 Hz angegeben. Im Folgenden werden die bei Anlegen eines Wechselstroms an die Elektrodenanordnung stattfindenden Vorgänge erörtert.
  • Beispielsweise nimmt die Leitfähigkeit eines Mediums mit zunehmender Temperatur zu, die Dielektrizität jedoch ab. Durch diese Krafteinwirkung kommt es zu einer Bewegung der Flüssigkeit.
  • Die physikalische Grundlage des Systems kann wie folgt erklärt werden: Wird zwischen den Elektrodenelementen der Elektrodenanordnung durch Anlegen der Wechselstromquelle ein Wechselfeld angelegt, so bildet sich ein elektrisches Feld zwischen den Elektrodenelementen bzw. zwischen Elektroden und Gegenelektroden.
  • Die zweckmäßige Frequenz des Wechselfeldes und die zweckmäßige angelegte Spannung kann je nach Anwendungszweck variieren und mittels der Wechselstromquelle im Stromkreis eingestellt werden. Das angewendete Wechselfeld kann z.B. in Bereichen von niedrigen kHz bis hohen MHz eingestellt, z.B. im Bereich von 0,1 kHz bis 20 MHz. Ferner können Spannungen im Bereich von niedrigen mV (z.B. 1 mV oder 5 mV) bis zu 100 V verwendet werden. Die Wechselspannung ist so zu wählen, dass es zu keiner Elektrolyse des Mediums kommt. Die Stromstärke wird durch die Anzahl der Elektroden wie auch den Abstand sowie der Leitfähigkeit des Medium bestimmt. Bei zu hohen Strömen, ausgelöst durch zu geringe Abstände zwischen den Elektroden bei hoher Leitfähigkeit, muss eine entsprechende Spannung reduziert oder ein Strombegrenzer eingebaut werden. Alternativ kann die Elektrodenfläche verringert werden.
  • Die Grundlage für die Funktion des Systems ist das elektrisch leitfähige flüssige Medium, welches durch die Temperaturveränderung eine Veränderung der Dielektrizität erfährt. Je kleiner die Abstände zwischen den Elektrodenelementen sind, desto stärker wird die induzierte Bewegung des stromdurchflossenen Mediums.
  • Durch den durch Anlegen der Wechselstromquelle erhaltenen Stromfluss im Stromkreis in der Elektrodenanordnung kommt es zu einer Temperaturveränderung im flüssigen leitfähigen Medium in Abhängigkeit von der Entfernung von den Elektroden. Nahe den Elektroden kann eine höhere Temperatur, weiter entfernt eine geringere Temperatur eingestellt werden. Mit der Temperaturveränderung ändert sich die Dielektrizität des im Medium enthaltenen Materials, welche mit höherer Temperatur abnimmt. Durch dieses Moment kommt es zu einer makroskopischen Bewegung des Mediums zu den Elektroden hin.
  • Die Folge davon ist eine Durchmischung des flüssigen leitfähigen Mediums. Ein solcher Effekt tritt z.B. bei der vorstehend beschriebenen symmetrischen Elektrodenanordnung A auf, wie sie auch in den Fig. 1a und 2 gezeigt ist.
  • Die Durchmischung des flüssigen leitfähigen Mediums kann auch dahingehend vorteilhaft sein, dass ein Reinigungseffekt und/oder ein Verschmutzungsschutz für die durch das Substrat erhaltenen Oberflächen der Vorrichtung erreicht wird. Durch die makroskopische Bewegung des Mediums entstehen Verwirbelungen, die Beläge auf der Oberfläche lösen und/oder Belagbildung verhindern können.
  • Eine Elektrodenanordnung A wie vorstehend beschrieben bewirkt ein Mischen des Mediums, wobei das Anlegen des Wechselstroms zu einer makroskopischen Bewegung des Mediums führt.
  • Zusätzliche Effekte können durch unsymmetrische Elektrodenanordnungen erzielt werden. So hängt die Feldstärke der sich ergebenden elektrischen Wechselfelder in dem flüssigen leitfähigen Medium von der Dicke, Länge und Breite bzw. dem Volumen der Elektrodenelemente und dem Abstand und der Anordnung der Elektrodenelemente in der Elektrodenanordnung ab. Dies kann dazu verwendet werden, die Feldlinien in eine bestimmte Richtung zu verschieben, wodurch ein einseitig verstärkter Fluss generiert werden. Die kann beispielsweise dazu führen, dass es nicht zu einer homogenen Mischung zwischen den Elektroden kommt, sondern zu einem Schub in eine Richtung und somit zu einem Pumpen von Flüssigkeit.
  • Die Folge davon ist, dass das flüssigen leitfähigen Medium in eine Richtung transportiert oder gepumpt wird. Ein solcher Effekt tritt z.B. bei der vorstehend beschriebenen unsymmetrischen Elektrodenanordnung A2 auf. Solche Fälle sind auch in den Fig. 1b, 1c und 3 gezeigt.
  • Eine Elektrodenanordnung A2 wie vorstehend beschrieben bewirkt, dass das Anlegen des Wechselstroms zu einer gerichteten Bewegung des Mediums führt.
  • Sind Partikel aus einem leitfähigen und/oder nichtleitfähigen Material in dem Medium enthalten, z.B. die vorstehend beschriebenen, so weisen diese spezifische Dielektrizitätskonstanten auf, die wiederum die elektrischen Feldlinien beeinflussen. Somit ist es möglich, Partikel nach Ihrer Dielektrizitätskonstante aufzureinigen.
  • Beispielsweise kann dies dazu führen, dass bei Vorliegen von Partikeln in dem flüssigen leitfähigen Medium, die eine gleiche Größe aufweisen, aber aus einem unterschiedlichem Material von hoher und geringer Dielektrizitätskonstante sind, die Partikel mit einer geringen Dielektrizitätskonstante durch das angelegte Wechselfeld gerichtet in einer Richtung bewegt werden, z.B. auf eine Seite der Vorrichtung gepumpt werden, während andere Partikel mit einer hohen Dielektrizitätskonstante durch das angelegte Wechselfeld gerichtet in einer anderen Richtung bewegt werden, z.B. auf die andere Seite der Vorrichtung gepumpt werden. Damit wird eine Sortierung erreicht und durch zweckmäßig angeordnete Ableitungen in der Vorrichtung wird eine Abtrennung der verschiedenen Partikel voneinander ermöglicht.
  • Auf analoge Weise können auch im Medium enthaltene Partikel eines identischen Materials nach Ihrer Größe bzw. ihrer Teilchengrößenverteilung im Medium sortiert werden. Durch die unterschiedlichen Teilchengrößen unterscheidet sich das Volumen des veränderten Dielektrikums. Dies bewirkt eine Bewegung der Partikel im Feld mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Partikelgröße, wodurch ebenfalls eine Sortierung erreicht wird.
  • Somit ist es beispielsweise möglich, unterschiedliche Partikel in dem Medium, wie z.B. unterschiedliche Mikroplastik, nach deren chemischen Zusammensetzung und/oder Größe zu sortieren. Durch geeignete Anordnung von gegebenenfalls verschließbaren Ableitungen in der Vorrichtung kann auch eine Auftrennung erfolgen, was letztlich einer Filtration entspricht. Als Vorrichtung eignet sich hierfür z.B. ein Schlauch, durch den das flüssige Medium strömt. Der Schlauch weist dann einen Bereich auf, wo das erfindungsgemäße Substrat an der Innenfläche angeordnet ist und bei angelegter Wechselspannung zu einer Sortierung der im flüssigen Medium enthaltenen Partikel führt. Im Anschluss an diesen Schlauchbereich kann der Schlauch mit zwei Ableitungen versehen sein, die eine Auftrennung der sortierten Partikel ermöglichen.
  • Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst daher eine Elektrodenanordnung auf dem Substrat, die eine unsymmetrische Elektrodenanordnung A2 wie vorstehend beschrieben ist, und das flüssige leitfähige Medium enthält Partikel, insbesondere Kunststoffpartikel, wie Mikroplastik, wobei die Partikel Partikel unterschiedlicher Größe und/oder unterschiedlicher spezifischer Dielektrizitätskonstante umfassen, so dass das Anlegen des Wechselstroms zu einer gerichteten Bewegung der Partikel führt, die sich in Abhängigkeit von der Größe und der Dielektrizitätskonstante der Partikel in Geschwindigkeit und/oder Richtung unterscheidet, wodurch eine Auftrennung bzw. Sortieren oder Filtration der Partikel bezüglich Größe und/oder Art ermöglicht wird.
  • Wie vorstehend beschrieben kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein flüssiges leitfähiges Medium ohne sich bewegende mechanische Teile zum Mischen bzw. Vermischen, Pumpen oder Transportieren des Mediums mit homogener oder heterogener Phase genutzt werden. Ferner wurde die Möglichkeit des Sortierens, Auftrennens bzw. Filtrierens von Bestandteilen wie Partikeln in dem flüssigen leitfähigen Medium beschrieben, z.B. von kleinen und großen Partikeln, z.B. Mikroplastik, Sortieren von leitfähigen Plastikpartikeln in einem Medium, wie Partikeln mit und ohne Rußfüllung.
  • Im Folgenden werden weitere konkrete Beispiele für zweckmäßige Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens genannt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist z.B. für die Mischung von Flüssigsalzsystemen geeignet. Flüssigsalzsysteme werden in Flüssigsalzreaktoren, Flüssigsalzbatterien oder Brennstoffzellen eingesetzt werden. Insbesondere im Bereich Brennstoffzellen kann durch eine Durchmischung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Brennstoffzelle eine erhöhte Reaktivität ermöglicht werden, weil durch die Vermischung die Oberflächenreaktionen beschleunigt werden können.
  • Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Flüssigkeitsschläuche, in denen flüssige leitfähige Medien durchgeleitet werden, bei denen die erfindungsgemäßen Substrate, z.B. in Form einer Kunststofffolie, mit aufgebrachter Elektrodenanordnung auf die Innenfläche des Flüssigkeitsschlauchs laminiert werden oder in die Innenfläche integriert werden.
  • Ein angelegter Wechselstrom ergibt dann eine Mischung bzw. Verwirbelung des Mediums im Schlauch, was zu einer Reibungsreduktion und/oder einem Reinigungseffekt führen kann. Durch die Möglichkeit der Reibungsreduktion der Flüssigkeit an der Oberfläche kann einerseits Energie gespart werden, zum anderen können auch Effekte wie Ablagerungen von Biomolekülen an der Innenfläche des Schlauchs reduziert werden.
  • Ein weiteres Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reinigung von Oberflächen wäre die Reinigung von Oberflächen eines Schwimmbeckens. Es können dabei teilflächig oder vollflächig Böden, Wände und/oder Filter des Schwimmbeckens mit dem erfindungsgemäßen Substrat mit aufgebrachter Elektrodenanordnung versehen werden. Wenn als Substrat eine Kunststofffolie verwendet wird, kann sie z.B. einfach auf die entsprechenden Oberflächen aufgeklebt werden. Natürlich können zur Auskleidung der Oberflächen auch mehrere Substrate eingesetzt werden. Bei Anlegen des Wechselstroms ergibt sich eine Mischung des im Schwimmbeckens enthaltenen Wassers, was zu einer Vermeidung von Belagbildung auf den Oberflächen und/oder zur Ablösung solcher bereits vorhandenen Beläge führen kann.
  • Afternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch als Detektor für lokale Leitfähigkeitskonzentrationen wie auch zur Heizung des Mediums verwendet werden, wenn entsprechende Stromstärken angelegt werden. Durch die Alternierung von Wechselstrom und Gleichstrom kann bei Gleichstrombetrieb die Leitfähigkeit des Mediums bzw. dessen Widerstand gemessen werden, sofern die Spannungswert sowie Stromwerte oder Spannungswerte und Leistungswerte verfügbar sind.
  • Somit kann selektiv das Medium nahe der Oberfläche aufgeheizt und eventuell eine Oberfläche im entsprechenden Medium thermisch desinfiziert werden. Insbesondere bei geringen Elektrodenabständen in hohen leitfähigen Medien kann es durch starke Stromstärken auch im Wechselstromfeld zu hohen lokalen Temperaturen kommen. Dies kann explizit für die Mischbarkeit von beispielweise Öl-Wasser-Emulsionen genutzt werden. Hier kann eine bessere Dispergierung durch die lokale Temperaturerhöhung stattfinden durch die abnehmende Oberflächenenergie von Wasser mit steigender Temperatur.
  • Ein weiterer Vorteil des Hochfrequenzwechselfeldes liegt darin, dass kein Elektrodenmaterial elektrolytisch abgebaut bzw. aufgebaut oder abgeschieden wird.
  • Als Anwendungen kommen grundsätzlich Anwendungen in allen Größenordnungen in Betracht. So können Oberflächen bis in den Mikrobereich mit dieser Technologie modifiziert werden, d.h. mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Substraten belegt werden. Es sind aber auch großflächige Anwendungen von einigen Quadratmetern möglich.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Substrats wie vorstehend beschrieben oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wie vorstehend beschrieben zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums, insbesondere zum Mischen, Transportieren, Pumpen oder Filtrieren des flüssigen leitfähigen Mediums oder zum Auftrennen oder Sortieren von Bestandteilen im flüssigen leitfähigen Medium.
  • Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Substrats wie vorstehend beschrieben oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wie vorstehend beschrieben zur Reinigung von Oberflächen oder Vermeidung von Belagbildung oder zur Verringerung des Reibungswiderstandes an Innenflächen, insbesondere bei Flüssigkeitsschläuchen.
  • Die Verwendung erfolgt zweckmäßigerweise durch ein vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren. Beispiele für solche Anwendungen wurden ebenfalls vorstehend beschrieben. Es folgen weitere Anwendungsbeispiele.
  • Anwendungen sehen unter anderem Flächengebilde vor, welche im 2D Bereich wie auch im 3D Bereich liegen. Diese 3D Strukturen können beispielsweise auch Schlauchinnenseiten sein. Durch die Applikation können mehrere Funktionen in diesen Schlauch eingebunden werden. Beispielsweise können nicht mischbare Medien, wie Wasser und Öl, während des Durchlaufs dispergiert und die gebildeten Emulsionströpfchen durch die Anregung durch den Wechselstrom definiert werden.
  • Zusätzliche Funktionen beinhalten eine Reduktion des Durchflusswiderstandes, indem die Oberflächeneffekte getriggert reduziert werden können.
  • Durch die Anordnung der Elektroden für Pumpeffekte können Schläuche oder Platten direkt als Pumpaggregat verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass dadurch eine Gewichtreduktion und Reduktion der verwendeten Aggregate ermöglicht wird. Mechanische bewegliche Teile sind nicht mehr erforderlich.
  • Dies ist besonders geeignet für Hochgeschwindigkeitsapplikationen, bei der das flüssige leitfähige Medium hohen G-Kräften ausgesetzt ist, wie z.B. bei Anwendungen in einem Flugzeug. Das flüssige leitfähige Medium kann somit manipuliert werden, wobei störende Effekte, wie die Coriolis Kraft, auf mechanische rotierende Teile vermieden werden können, da diese nicht gebraucht werden.
  • Zusätzliche Anwendungen in Schläuchen können die Trennung unterschiedlicher Partikel beinhalten, wobei sich die Partikel in der Größe und/oder Art voneinander unterscheiden können. Dadurch können z.B. Partikel, die in einem in dem Schlauch befindlichen flüssigen leitfähigen Medium enthalten sind, wie z.B. Schwebeteilchen, Mikroplastik oder ähnliche störende Partikel, separiert werden. Dies würde unter anderem eine längere Laufzeit für Bauteile, geringeren Verschleiß und nachhaltigere Aufreinigung von Medien erlauben.
  • Zusätzliche Anwendungen für das erfindungsgemäße Substrat oder die erfindungsgemäße Vorrichtung liegen bei der Kühlung von Batterien und Akkumulatoren, insbesondere im Hochleistungssektor, wie beispielsweise mobile Anwendungen, für eine hocheffiziente Wärmeabführung durch verringerte Oberflächeneffekte zu verwenden.
  • Eine weitere Anwendung ist das Mischen von flüssigen leitfähigen Medien, in der chemische Reaktionen durchgeführt werden sollen. Auf diese Weise können chemische Reaktionen durch die oberflächennahe getriggerte Diffusion im Vergleich zu Großreaktoren mit konventionellen Mischsystemen deutlich beschleunigt werden. Beispielsweise konnten biologische Umsatzreaktionen um das 5- bis 50-Fache beschleunigt werden.
  • Elektrodenanordnungen gemäß Stand der Technik sowie die Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen erläutert, die den Umfang der Erfindung aber in keiner Weise einschränken sollen.
  • Fig. 1a zeigt eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine beispielhafte Elektrodenanordnung auf einem Substrat (nicht gezeigt) gemäß Stand der Technik. Der Ausschnitt zeigt nur einen linksseitigen Ausschnitt der Anordnung. Auf der nicht gezeigten rechten Seite sind der obere und untere Teil der mindestens eine Leiterbahn 2 miteinander verbunden, um den Stromkreis zu schließen. Ferner wird dort die alternierende Anordnung von Elektroden 3 und Gegenelektroden 4 fortgesetzt. Die gezeigte Elektrodenanordnung ist über die mindestens eine Leiterbahn 2 mit der Wechselstromquelle 1 verbunden. Die Elektrodenanordnung weist eine Vielzahl von Elektrodenelementen auf, von denen jeweils zwei ein Paar von Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 bilden. Die Elektroden 3 und Gegenelektroden 4 sind alternierend angeordnet.
  • In Fig. 1a ist eine symmetrische Elektrodenanordnung gemäß der vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnung A dargestellt. Bei dieser Elektrodenanordnung sind das Volumen der Elektroden 3 und Gegenelektroden 4 gleich. Alle Elektrodenelemente sind bezüglich Länge, Breite und Dicke gleich. Ferner ist der Abstand (d1) zwischen Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 eines Paares und der Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 gleich.
  • Fig. 1b zeigt eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Elektrodenanordnung auf einem Substrat (nicht gezeigt) gemäß Stand der Technik. Die Anordnung entspricht, abgesehen von den nachstehend genannten Unterschieden, der in Fig. 1a, so dass diesbezüglich darauf verwiesen wird.
  • In Fig. 1b ist eine Variante der unsymmetrischen Elektrodenanordnung gemäß der vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnung A2 gezeigt, die hier als Elektrodenanordnung B bezeichnet wird. Bei dieser Elektrodenanordnung unterscheidet das Volumen der Elektroden 3 von dem Volumen der Gegenelektroden 4. Das unterschiedliche Volumen ergibt sich dadurch, dass die Breite (w1) der Gegenelektroden sich von der Breite (w2) der Elektroden unterscheidet. Die Länge und die Dicke aller Elektrodenelemente sind gleich. Ferner ist der Abstand (d1) zwischen Elektrode und Gegenelektrode eines Paares und der Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode und Gegenelektrode gleich. Durch die unsymmetrische Elektrodenanordnung werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die gebildeten Feldlinien in eine bestimmte Richtung verschoben, wodurch ein einseitig verstärkter Fluss generiert wird.
  • Fig. 1c zeigt eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Elektrodenanordnung auf einem Substrat (nicht gezeigt) gemäß Stand der Technik. Die Anordnung entspricht, abgesehen von den nachstehend genannten Unterschieden, der in Fig. 1a, so dass diesbezüglich darauf verwiesen wird.
  • In Fig. 1c ist eine Variante der unsymmetrischen Elektrodenanordnung gemäß der vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnung A2 gezeigt, die hier als Elektrodenanordnung C bezeichnet wird. Bei dieser Elektrodenanordnung sind das Volumen der Elektroden 3 und Gegenelektroden 4 gleich. Alle Elektrodenelemente sind bezüglich Länge, Breite und Dicke gleich. Allerdings unterscheidet sich der Abstand (d1) zwischen Elektrode und Gegenelektrode eines Paares von dem Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode und Gegenelektrode. Durch die unsymmetrische Elektrodenanordnung werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die gebildeten Feldlinien in eine bestimmte Richtung verschoben, wodurch ein einseitig verstärkter Fluss generiert wird.
  • Fig. 2 zeigt einen ausschnittsweisen schematischen Querschnitt auf ein Substrat 5 in einem flüssigen leitfähigen Medium 6 bei angelegtem Wechselstrom. Auf dem Substrat 5 befindet sich die Elektrodenanordnung, von der sich im Querschnitt ein Paar aus Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 zeigt. Die in Fig. 2 gezeigte Elektrodenanordnung ist die in Fig. 1a gezeigte symmetrische Elektrodenanordnung A.
  • Das flüssige leitfähige Medium 6 befindet sich in Kontakt mit der Elektrodenanordnung. Durch die angelegte Wechselspannung fließt in der Anordnung ein Wechselstrom, so dass zwischen Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 ein symmetrisches elektrisches Wechselfeld 7 generiert wird. Durch das Wechselfeld wird ein Temperaturgradient T im Medium 6 erzeugt, da sich die Temperatur in der Nähe der Elektroden stärker erhöht als in weiter entfernten Bereichen des Mediums. Da die Dielektrizität des Materials des Mediums bei höherer Temperatur abnimmt, wird entsprechend ein Dielektrizitätsgradient D erzeugt. Durch dieses Moment kommt es zu einer makroskopischen Bewegung des Mediums zu den Elektroden hin. Als Folge ergibt sich eine Vermischung des flüssigen leitfähigen Mediums.
  • Fig. 3 zeigt einen ausschnittsweisen schematischen Querschnitt auf ein Substrat 5 in einem flüssigen leitfähigen Medium 6 bei angelegtem Wechselstrom. Auf dem Substrat 5 befindet sich die Elektrodenanordnung, von der sich im Querschnitt ein Paar aus Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 zeigt. Die in Fig. 3 gezeigte Elektrodenanordnung ist eine Variante einer unsymmetrischen Elektrodenanordnung gemäß der beschriebenen Elektrodenanordnung A2. Bei dieser Variante ergibt sich ein unterschiedliches Volumen von Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 durch die unterschiedliche Dicke von Elektrode 3 und Gegenelektrode 4.
  • Das flüssige leitfähige Medium 6 befindet sich in Kontakt mit der Elektrodenanordnung. Durch die angelegte Wechselspannung fließt in der Anordnung ein Wechselstrom, so dass zwischen Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 ein elektrisches Wechselfeld 7 mit verschobenen Feldlinien generiert wird. Durch das Wechselfeld wird ein Temperaturgradient T im Medium 6 erzeugt, da sich die Temperatur in der Nähe der Elektroden stärker erhöht als in weiter entfernten Bereichen des Mediums. Da die Dielektrizität des Materials des Mediums bei höherer Temperatur abnimmt, wird entsprechend ein Dielektrizitätsgradient D erzeugt. Durch das verschobene Wechselfeld 7 wird ein einseitig verstärkter Fluss generiert. Die führt dazu, dass es nicht zu einer homogenen Mischung zwischen den Elektroden kommt, sondern zu einem Schub in eine Richtung, angedeutet durch die gestrichelten Pfeile, und somit zu einem gerichteten Bewegen oder Pumpen des Mediums.
  • Fig. 4 zeigt eine ausschnittsweise schematische Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Elektrodenanordnung auf einem erfindungsgemäßen Substrat, wobei die Elektrodenelemente eine gewinkelte Anordnung aufweisen, wobei Elektrode 3 und Gegenelektrode 4 eines jeweiligen Paares eine gewinkelte Anordnung aufweisen. Der Winkel kann z.B. etwa 15° betragen. Durch die gewinkelte Anordnung können richtungsweisende Mischvorgänge in Abhängigkeit vom Winkel eingestellt werden.
  • Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Schlauchs. Der Schlauch 8 kann ein üblicher Schlauch, z.B. ein Kunststoffschlauch, sein, auf dessen Innenseite sich ein erfindungsgemäßes Substrat 5 mit aufgebrachter Elektrodenanordnung 9 befindet. Die Elektrodenanordnung 9 kann z.B. eine Anordnung sein, wie sie in den Fig. 1a, 1b, 1c, 2, 3 bzw. 4 dargestellt ist. Die Elektrodenanordnung kann über vorgesehene Stromanschlüsse 10, insbesondere für Hochfrequenzstrom, mit einer Wechselstromquelle verbunden werden. Das Substrat kann z.B. die Innenschicht des Schlauchs bilden, d.h. darin integriert sein, oder eine auf die Innenseite des Schlauchs aufgebrachte Kunststofffolie mit der aufgebrachten Elektrodenanordnung 9 sein.
  • Durch Anlegen eines Wechselstroms an die Elektrodenanordnung 9 kann ein flüssiges leitfähiges Medium, dass sich im Schlauch befindet, manipuliert werden. Bei der Manipulation kann es sich z.B. um ein Mischen oder Pumpen des Mediums oder um ein Sortieren unterschiedlicher Bestandteile im Medium handeln.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wechselstromquelle
    2
    Leiterbahn
    3
    Elektrodenelement (Elektrode)
    4
    Elektrodenelement (Gegenelektrode)
    5
    Substrat
    6
    flüssiges leitfähiges Medium
    7
    elektrisches Wechselfeld
    8
    Schlauch
    9
    Elektrodenanordnung
    10
    Stromanschlüsse
    d1
    Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode eines Paares
    d2
    Abstand zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode und Gegenelektrode
    w1
    Breite Elektrodenelement (Gegenelektrode)
    w2
    Breite Elektrodenelement (Elektrode)
    T
    Temperaturgradient
    D
    Dielektrizitätsgradient für Material des Mediums

Claims (17)

  1. Substrat (5) mit einer darauf aufgebrachten Elektrodenanordnung(9) zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums (6), wobei die Elektrodenanordnung (9) Elektrodenelemente (3, 4) und mindestens eine die Elektrodenelemente (3, 4) verbindende Leiterbahn (2) umfasst, die so angeordnet sind, dass die mindestens eine Leiterbahn (2) bei Verbinden mit einer Wechselstromquelle (1) einen Stromkreis bildet und die Elektrodenelemente (3, 4) in einer solchen Weise in dem Stromkreis angeordnet sind, dass jeweils zwei sich gegenüberliegende Elektrodenelemente (3, 4) ein Paar aus Elektrode (3) und Gegenelektrode (4) bilden und Elektroden (3) und Gegenelektroden (4) alternierend angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Elektrode (3) und die Gegenelektrode (4) eines Paares in einem Winkel angeordnet sind, sodass die Elektrodenelemente (3, 4) nicht parallel angeordnet sind, bevorzugt in einem Winkel von 0° bis 45°, besonders bevorzugt in einem Winkel von 0° bis 25°.
  2. Substrat (5) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (5) ein Film, eine Folie, eine Bahn, eine Matte, eine Platte oder ein Kunstleder ist, wobei das Substrat (5) bevorzugt aus Kunststoff ist, wobei das Substrat (5) insbesondere eine Kunststofffolie ist.
  3. Substrat (5) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die aufgebrachten Elektrodenelemente (3, 4) aufgedruckte Elektrodenelemente (3, 4) sind, wobei die aufgebrachte Elektrodenanordnung (9) bevorzugt eine aufgedruckte Elektrodenanordnung (9) ist.
  4. Substrat (5) nach Anspruch 3, wobei die aufgedruckten Elektrodenelemente (3, 4), bevorzugt die aufgedruckte Elektrodenanordnung (9), durch mustermäßiges Aufdrucken einer elektrisch leitfähigen Paste auf das Substrat (5) und anschließendes Behandeln der Paste durch UV-Bestrahlung erhältlich ist.
  5. Substrat (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektrodenanordnung (9) eine Elektrodenanordnung A oder eine Elektrodenanordnung A2 ist,
    - wobei bei der Elektrodenanordnung A das Volumen von Elektrode (3) und Gegenelektrode (4) gleich ist und der Abstand (d1) zwischen Elektrode (3) und Gegenelektrode (4) eines Paares und der Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode (3) und Gegenelektrode (4) gleich sind,
    - wobei bei der Elektrodenanordnung A2 das Volumen von Elektrode (3) und Gegenelektrode (4) sich unterscheidet und/oder der Abstand (d1) zwischen Elektrode (3) und Gegenelektrode (4) eines Paares sich vom dem Abstand (d2) zwischen zwei benachbarten Paaren von Elektrode (3) und Gegenelektrode (4) unterscheidet.
  6. Substrat (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Manipulation des flüssigen leitfähigen Mediums ausgewählt ist aus
    - Mischen des flüssigen Mediums
    - Transportieren oder Pumpen des flüssigen Mediums
    - Sortieren, Auftrennen oder Filtrieren von im flüssigen Medium enthaltenen Bestandteilen.
  7. Vorrichtung zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums, wobei die Vorrichtung zum Aufbewahren und/oder Transportieren eines flüssigen leitfähigen Mediums geeignet ist und in der Vorrichtung ein Substrat (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung ein Behälter, ein Becken, ein Rohr oder ein Schlauch (8) ist, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Zuleitungen und/oder eine oder mehrere Ableitungen für das flüssige leitfähige Medium aufweisen kann.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Substrat (5) auf einer Innenfläche der Vorrichtung aufgebracht ist oder in einer Innenfläche der Vorrichtung integriert ist.
  10. Verfahren zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums mittels einer Wechselstromquelle (1) und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des flüssigen leitfähigen Mediums mit der auf dem Substrat (5) aufgebrachten Elektrodenanordnung (9) in der Vorrichtung und das Anlegen eines Wechselstroms an die Elektrodenanordnung (9) mittels der Wechselstromquelle (1) zur Manipulation des flüssigen leitfähigen Mediums umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Elektrodenanordnung (9) auf dem Substrat (5) eine Elektrodenanordnung A gemäß Anspruch 5 ist, wobei das Anlegen des Wechselstroms zu einer makroskopischen Bewegung des Mediums führt, was ein Mischen des Mediums bewirkt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Elektrodenanordnung (9) auf dem Substrat (5) eine Elektrodenanordnung A2 gemäß Anspruch 5 ist, so dass das Anlegen des Wechselstroms zu einer gerichteten Bewegung des Mediums führt, was ein Transportieren oder Pumpen des Mediums bewirkt.
  13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 12, wobei die Elektrodenanordnung (9) auf dem Substrat (5) eine Elektrodenanordnung B gemäß Anspruch 5 ist und das flüssige leitfähige Medium Partikel, insbesondere Kunststoffpartikel, wie Mikroplastik, enthält, wobei die Partikel Partikel unterschiedlicher Größe und/oder unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante umfassen, wobei das Anlegen des Wechselstroms zu einer gerichteten Bewegung der Partikel führt, die sich in Abhängigkeit von der Größe und Dielektrizitätskonstante der Partikel in Geschwindigkeit und/oder Richtung unterscheidet, wodurch eine Auftrennung bzw. Sortieren oder Filtrieren der Partikel bezüglich Größe und/oder Art ermöglicht wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das flüssige leitfähige Medium eine homogene oder heterogene Phase ist, z.B. eine wässrige Lösung oder Dispersion, eine Flüssigkeit mit organischer und wässriger Phase, eine Partikel enthaltende Flüssigkeit oder ein Flüssigsalzsystem.
  15. Verwendung eines Substrats (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zum Manipulieren eines flüssigen leitfähigen Mediums, insbesondere zum Mischen, Transportieren, Pumpen oder Filtrieren des flüssigen leitfähigen Mediums oder zum Auftrennen oder Sortieren von Bestandteilen, insbesondere von Partikeln, im flüssigen leitfähigen Medium.
  16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei das Substrat (5) auf einer Innenseite eines Schlauchs (8) angeordnet ist, insbesondere zum Mischen, Dispergieren und/oder Pumpen eines in dem Schlauch (8) befindlichen flüssigen leitfähigen Mediums und/oder zum Separieren oder Abtrennen von Bestandteilen, wie unterschiedliche Partikel, die in dem im Schlauch (8) befindlichen flüssigen leitfähigen Medium vorhanden sind.
  17. Verwendung eines Substrats (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Reinigung von Oberflächen oder zur Vermeidung von Belagbildung auf Oberflächen oder zur Verringerung des Reibungswiderstandes an Innenflächen, insbesondere bei Flüssigkeitsschläuchen.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6149789A (en) * 1990-10-31 2000-11-21 Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Process for manipulating microscopic, dielectric particles and a device therefor
GB0200705D0 (en) * 2002-01-14 2002-02-27 Univ Cambridge Tech Fluid movement
GB0611326D0 (en) * 2006-06-08 2006-07-19 Univ Cambridge Tech Apparatus for driving small volumes of fluid
DE102007051930A1 (de) * 2007-10-29 2009-04-30 Leonhard Kurz Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer Leiterbahnstruktur
US20130146459A1 (en) * 2009-06-16 2013-06-13 Massachusetts Institute Of Technology Multiphase non-linear electrokinetic devices
DE102010012254A1 (de) * 2010-03-22 2011-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Substrat, Kultivierungseinrichtung und Kultivierungsverfahren für biologische Zellen

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