Die Elektrohydrodynamik (EHD) ist das Forschungsgebiet, das sich mit den Wechselwirkungen zwischen Strömungen und elektrischen Feldern befasst. In leitenden Flüssigkeiten sind Ladungen auf dünne Schichten in der Nähe von Grenzflächen mit stark ausgeprägten EHD-Effekten beschränkt. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Phänomene untersucht, in denen fluide Grenzflächen durch elektrische Felder beeinflusst werden.

Elektroosmose beschreibt die Flüssigkeitsströmung aufgrund von elektrischen Feldern, die auf Ladungen in der Nähe einer Grenzfläche wirken. Wenn eine Flüssigkeit in Kontakt mit einer mikrostrukturierten, superhydrophoben Oberfläche ist, können zusätzliche Ladungen an der eingeschlossenen Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche durch eine Gate-Elektrode unter der Oberfläche induziert werden. In dieser Arbeit wird die Herstellung einer superhydrophoben Oberfläche mit Mikro- und Nanostrukturen beschrieben. Neben der Induktion von Ladungen übt eine Gate-Elektrode eine Kraft auf die Grenzfläche aus, die den Benetzungszustand beeinflusst. Experimentell wird mittels Lichtmikroskopie die Stabilität der Benetzungszustände charakterisiert, welche an hierarchischen Oberflächen ein kontinuierliches Spektrum aufweisen.

Durch eine räumlich variierende elektroosmotische Strömung können komplexe höhengemittelte Strömungsfelder in einer Hele-Shaw Zelle induziert werden, die durch einen geringen Wandabstand im Vergleich zu einer typischen lateralen Längenskala gekennzeichnet ist. Die Bestimmungsgleichungen für das Strömungsfeld werden abgeleitet, welche sowohl stationäre als auch oszillierende elektrische Felder berücksichtigen.

Das Geschwindigkeitsfeld wird experimentell über einer kreisförmigen Gate-Elektrode in einem mikrofluidischen Kanal mit Hilfe partikelgestützter Geschwindigkeitsmessungen charakterisiert. Außerdem wird die Fähigkeit zur Erzeugung komplexer Strömungsfelder experimentell demonstriert. Um die Strömungen in Hele-Shaw-Zellen für biochemische Anwendungen nutzen zu können, wird ein höhengemitteltes Transportmodell für eine passive chemische Spezies mit Hilfe einer Störungsrechnung abgeleitet, welches Advektion, Diffusion und Dispersion berücksichtigt. Die Dispersion wird durch einen nicht-isotropen Dispersionstensor abgebildet. Das höhengemittelte Modell zeigt eine gute Übereinstimmung mit 3D-Simulationen, und abschließend werden mögliche Anwendungen diskutiert.

Elektrische Felder üben Kräfte auf fluide Grenzflächen aus, und in dieser Arbeit werden zwei EHD-Instabilitäten an der Grenzfläche zwischen einer dielektrischen und einer leitenden Flüssigkeit untersucht. Beim Anlegen eines räumlich homogenen, harmonisch oszillierenden elektrischen Feldes tritt oberhalb einer kritischen Amplitude eine resonante Antwort der Grenzfläche auf. In einem Versuchsaufbau mit einer kreisförmigen Berandung wird die räumliche Struktur der Instabilität untersucht, welche mit Hilfe der Lichtbrechung an der Grenzfläche extrahiert wird. Die resultierenden Wellenlängen und Instabilitätsmoden zeigen eine gute Übereinstimmung mit einem analytischen Modell. Außerdem wird der Einfluss der Berandung untersucht.

Beim Anlegen eines räumlich inhomogenen, aber zeitlich konstanten elektrischen Feldes wird die Grenzfläche oberhalb einer kritischen Spannung instabil und emittiert Tropfen in die dielektrische Phase. Die geladenen Tropfen ändern die räumliche Struktur der Instabilität von einem Taylor-Konus, welcher sich mittig unter der Stiftelektrode befindet, zu einer Senke, in welcher sich die Grenzfläche von der Elektrode wegbewegt und zusätzliche Instabilitäten am Rand hervortreten. Experimente mit einem eingetauchten Elektrospray sowie zusätzliche numerische Modellbildung zeigen, dass die Tropfen eine Strömung in der dielektrischen Phase hervorrufen, welche für die Änderung der räumlichen Struktur der Instabilität verantwortlich ist.