Qu'est-ce que l'énergie de surface?

Dans une masse solide, les molécules sont entourées de molécules identiques avec des mesures d'énergie similaires. Cependant, à la surface du solide, les molécules sont probablement en contact avec l'air et parfois avec des liquides ou d'autres masses de mesures d'énergie différentes. En conséquence, les mesures d'énergie de surface sont toujours différentes de celles trouvées dans la masse d'un solide.

Les trois phases - solide, liquide et air - ont des énergies et des tensions de surface mesurables. Les molécules ont à la fois ce que l'on appelle des "lecteurs adhésifs" et des "lecteurs cohésifs" qui régissent la manière dont elles interagissent avec les molécules qui les entourent. Les commandes adhésives cherchent à se lier à d'autres types de molécules, tandis que les commandes cohésives cherchent à se lier à des molécules similaires. Si les entraînements cohésifs sont plus importants, les molécules liquides ne perleront que sur une surface car elles résistent aux autres molécules; l'inverse est vrai si les lecteurs adhésifs sont plus importants.

Les mesures d'énergie de surface, de tension de surface et de tension de densité de surface analysent le comportement de mouillage entre les liquides et les solides lorsque les scientifiques testent les propriétés thermodynamiques des solides. Lorsque des molécules liquides sur une surface solide s'unissent dans la cohésion, les scientifiques peuvent mesurer l'angle de contact de ces molécules sur la surface solide. Cette mesure de l'angle de contact est prise avec un instrument appelé goniomètre, qui détermine le degré de cohésion ou d'adhérence dans l'ascendant. Deux autres forces peuvent influencer l'énergie de surface dans ce cas. Si la surface est rugueuse ou appelée hydrophobe, les liquides perleront à des angles plus élevés; à l'inverse, lorsqu'une surface est hydrophile, une goutte de liquide peut s'étendre pour couvrir autant de surface que les molécules de liquide peuvent atteindre.

Les mesures d'énergie de surface sont généralement effectuées à des températures extrêmement élevées, lorsque les solides réagissent par de légers mouvements sous la contrainte de la chaleur mais que le volume est presque constant. Les mesures d'énergie de surface des liquides sont prises en utilisant ce que l'on appelle un "étirement de la membrane liquide" de la surface. Une méthode, appelée méthode Dynamic Wilhelmy, consiste à plonger un solide dans un liquide dont la tension superficielle a déjà été mesurée, puis à mesurer les forces de mouillage lorsque le solide est libéré du liquide. Une autre méthode, appelée méthode de contact avec la poudre, est utilisée lorsque les scientifiques ont besoin de connaître les niveaux d'absorption et les énergies de surface de matériaux et de poudres poreux.

Les applications pratiques de ces procédures de mesure et de test d'énergie de surface sont bénéfiques au développement de produits industriels et grand public. Les métaux revêtus de polymères s'appuient sur les connaissances des scientifiques en matière d'adhérence et de cohésion pour leur résistance et leur durabilité. Les mesures d'énergie de surface des matériaux sont effectuées pour des applications d'oxydation et de liaison chimique. En lithographie, les encres doivent être appliquées de manière à permettre aux zones d’image d’absorber les encres et aux zones non-image de rester libres d’encres; la recherche sur l'énergie de surface a affiné ces processus.