Co je povrchová energie?

V pevné hmotě jsou molekuly obklopeny identickými molekulami s podobnými měřeními energie. Na povrchu pevné látky jsou však molekuly pravděpodobně ve styku se vzduchem a někdy s kapalinami nebo jinými hmotami různých měření energie. Výsledkem je, že měření povrchové energie se vždy liší od měření zjištěného v hmotě pevné látky.

Všechny tři fáze - pevná, kapalina a vzduch - mají měřitelné povrchové energie a povrchové napětí. Molekuly mají jak tzv. „Adhezivní jednotky“, tak „kohezivní jednotky“, které řídí způsoby interakce s molekulami kolem nich. Adhezivní jednotky se snaží vázat s jinými typy molekul, zatímco kohezivní disky se snaží vázat s podobnými molekulami. Pokud jsou soudržné pohony výraznější, tekuté molekuly se budou korálkovat pouze na povrchu, protože odolávají jiným molekulám; opak je pravdou, pokud jsou výraznější lepicí disky.

Měření povrchové energie, povrchového napětí a povrchové hustoty napětí analyzuje chování smáčivosti mezi kapalinami a pevnými látkami, když vědci testují termodynamické vlastnosti pevných látek. Když kapalné molekuly na pevném povrchu korálejí v soudržnosti, vědci mohou změřit kontaktní úhel těchto molekul na pevném povrchu. Toto měření kontaktního úhlu se provádí pomocí nástroje zvaného goniometr, který určuje, do jaké míry je soudržnost nebo adheze v předstihu. V tomto případě mohou povrchovou energii ovlivnit dvě další síly. Je-li povrch drsný nebo známý jako hydrofobní, způsobuje to, že se kapaliny ve vyšších úhlech korálejí; naopak, když je povrch hydrofilní, může se tekutinová kapka rozšířit tak, aby pokryla tolik povrchu, kolik mohou molekuly kapaliny dosáhnout.

Měření povrchové energie se obvykle provádí při extrémně vysokých teplotách, kdy pevné látky reagují nepatrnými pohyby pod tlakem tepla, ale objem je téměř konstantní. Měření tekuté povrchové energie se provádí pomocí tzv. „Stretu membránové kapaliny“ povrchové plochy. Jedna metoda, nazývaná dynamická Wilhelmyho metoda, zahrnuje ponoření pevné látky do kapaliny, která byla předtím měřena na povrchové napětí, a pak měření smáčecích sil, jakmile je pevná látka uvolněna z kapaliny. Další metoda, nazývaná metoda Powder Contact Angle, se používá, když vědci potřebují znát úrovně absorpce a povrchové energie porézních materiálů a prášků.

Praktické aplikace těchto měření povrchové energie a zkušebních postupů prospívají vývoji průmyslových a spotřebních výrobků. Kovy potažené polymery se spoléhají na znalosti vědců o přilnavosti a soudržnosti pro jejich sílu a trvanlivost. Měření povrchové energie materiálů se provádí pro aplikace oxidace a chemické vazby. V litografii musí být inkousty aplikovány způsobem, který umožňuje, aby obrazové oblasti absorbovaly inkousty a nezobrazené oblasti zůstaly bez inkoustů; výzkum povrchové energie tyto procesy zdokonalil.