Oberflächenladungsdichte erklärt
Die Oberflächenladungsdichte (Symbol: σ) beschreibt die elektrische Ladung, die gleichmäßig auf einer Fläche verteilt ist. Physikalisch ausgedrückt ist sie das Verhältnis von Ladung (Q) zu Fläche (A): σ = Q/A, mit der Einheit Coulomb pro Quadratmeter (C/m²) beziehungsweise Ampere-Sekunden pro Quadratmeter (A·s/m²).
Warum ist sie relevant?
- Elektrostatische Feldstärke: Die Ladungsdichte ist direkt mit der elektrischen Feldstärke an der Oberfläche verbunden. Je größer σ, desto größer ist das Feld, das senkrecht von der Oberfläche ausgeht (σ = ε₀·E).
- Haftung und Benetzung: Eine höhere Oberflächenladungsdichte kann die Anziehung zwischen Substrat und Flüssigkeit beeinflussen, was sich auch im Kontaktwinkel zeigt und die Haftung von Beschichtungen verbessern kann.
- Corona-Behandlung: In der Verarbeitung von Kunststoffen wird durch Prozesse wie die Coronaentladung gezielt eine Oberflächenladung erzeugt, um die Oberflächenenergie zu erhöhen – was durch σ beschrieben wird.
Messung und Anwendung
- Messverfahren: σ kann direkt gemessen werden, etwa durch Elektroden oder Kelvin-Sonden, die Potenzialunterschiede quantifizieren. In Triboelektrik werden Formen des Felds und der Ladungsverteilung untersucht, um σ standardisiert zu erfassen – wichtig für z. B. Softrobotik oder Sensorik.
- Technische Anwendungen: In der Oberflächentechnik wird σ gezielt erhöht, um Haftung von Druckfarben oder Klebstoffen zu verbessern. Sie dient damit als erweitertes Werkzeug zur Beurteilung neben Kontaktwinkel oder Tintentests.
Fazit
Die Oberflächenladungsdichte σ ist mehr als eine physikalische Größe – sie ist ein Schlüsselparameter für das Verständnis elektrostatikgetriebener Prozesse bei Oberflächenbehandlungen. Sie verbindet Ladungsverteilung, Benetzung, Feldstärke und Haftung miteinander und ist damit eine unverzichtbare Größe für Kontrolle und Optimierung in der Oberflächentechnik.
Wir beraten Sie gerne
Tantec ist ihr Experte für Oberflächenbehandlungen mittels Plasma- und Corona-Technologien. Wenn Sie noch Fragen haben oder Hilfe benötigen, beraten wir Sie gerne.
