Kapillaren sind feine, meist zylindrische Hohlräume oder Kanäle im Mikro- bis Submillimeterbereich, in denen Grenzflächeneffekte das Strömungs- und Benetzungsverhalten dominieren. In der Werkstofftechnik treten Kapillaren als Einzelkapillaren (z.B. Silika-Kapillaren in der Faseroptik oder Mikrofluidik) sowie als verknüpfte Kapillar-Netzwerke in porösen Festkörpern, Schäumen, Faserverbunden oder Sinterkörpern auf.

Das zentrale physikalische Prinzip ist der Kapillardruck, der aus der Krümmung der Flüssigkeitsoberfläche und der Oberflächenspannung resultiert. Er wird durch die Young-Laplace-Gleichung beschrieben und hängt von Kapillarradius, Benetzungswinkel und Grenzflächenspannung ab. Hieraus ergeben sich typische Phänomene wie kapillar getriebene Imbibition, Flüssigkeitstransport entgegen der Schwerkraft und die Aufteilung multipler Fluide in einem Kapillarsystem.

In porösen Werkstoffen bestimmt das Kapillar-Netzwerk wesentlich Sorptionsverhalten, Transportkinetik, Trocknung, Degradation (z.B. Frost-Tausalz-Angriff) sowie die Infiltration von Schmelzen oder Harzen bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen. In Silika-Kapillaren und Mikrokanälen spielt neben der Benetzung auch chemische Oberflächenfunktionalisierung eine Rolle, um Strömungsprofile, Adsorption und Separation zu steuern.

Die Charakterisierung von Kapillaren und Kapillarnetzwerken erfolgt u.a. über Porengrößenverteilungen (z.B. Quecksilber-Porosimetrie), sorptive Methoden, bildgebende Verfahren und Permeabilitätsmessungen. Das gezielte Design von Kapillargeometrie und Oberflächeneigenschaften ist ein Schlüsselinstrument zur Optimierung von Filtern, Elektroden, Katalysatorträgern, Membranen und strukturierten Reaktoren.