Continuous fractionation of micro- and nanoparticles in polar and non-polar media using concentric inhomogeneous electrical fields

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Ziel dieses Projekts sind neue Erkenntnisse, die erstmals mit Hilfe von Dielektrophorese (DEP) eine energieeffiziente Fraktionierung von in polaren und unpolaren Medien suspendierten Mikro- und Nanopartikeln erlauben sollen. DEP, die Beschleunigung von suspendierten neutralen oder geladenen Partikeln durch unterschiedliche dielektrische Polarisation von Partikel und Medium in inhomogenen elektrischen Feldern, ist spezifisch für die Größe und Permittivität der Partikel und wird heute bereits in mikrofluidischen Systemen eingesetzt. Für größerskalige Anwendungen scheinen allerdings Volumenstrom und Partikelgröße gegenwärtig durch Zielkonflikte limitiert zu sein. Beispielsweise erfordert eine steigende Durchflussrate einen vergrößerten Elektrodenabstand, der wiederum störende elektrother-mische Nebeneffekte verstärkt. Um diese Zielkonflikt-Probleme lösen zu können, ist ein vertieftes Verständnis der wechselseitigen Parameterabhängigkeiten erforderlich. Mittels einer skalenübergrei-fenden Betrachtung unter Verwendung eines neuartigen Trennapparats mit konzentrischem, inhomo-genem elektrischen Feld wollen wir diese Abhängigkeiten darstellen. Hierzu soll der mittlere Partikeldurchmesser von 50 nm bis 50 μm variiert werden, die charakteristische Länge von 500 μm bis 10 mm, die elektrische Spannung von 100 bis 1000 V und deren Frequenz von 10 bis 220 kHz bei angepasster Elektrodenisolierung. Ferner soll ein Modell entwickelt und validiert werden, mit dem die induzierten Partikelbewegungen simuliert und ein Demonstrator für eine kontinuierliche Fraktionierung ausgelegt werden können.