表面エネルギーとは

固体の塊の中では、分子は同様のエネルギー測定値を持つ同一の分子に囲まれています。 ただし、固体の表面では、分子は空気と接触している可能性が高く、時には液体またはエネルギー測定値の異なる他の質量と接触しています。 その結果、表面エネルギーの測定値は、固体の質量内で検出された測定値とは常に異なります。

固体、液体、および空気の3つのすべてのフェーズには、測定可能な表面エネルギーと表面張力があります。 分子には、「粘着性ドライブ」と呼ばれるものと、周囲の分子と相互作用する方法を制御する「粘着性ドライブ」の両方があります。 粘着性ドライブは他のタイプの分子と結合しようとしますが、粘着性ドライブは同様の分子と結合しようとします。 凝集駆動がより顕著である場合、液体分子は他の分子に抵抗するため、表面上でのみ玉になります。 接着剤ドライブがより顕著である場合、逆のことが当てはまります。

科学者が固体の熱力学的特性をテストしているときに、表面エネルギー、表面張力、および表面密度張力の測定により、液体と固体の間の濡れ挙動を分析します。 固体表面上の液体分子が凝集してビーズになると、科学者は固体表面上のそれらの分子の接触角を測定できます。 この接触角の測定は、ゴニオメーターと呼ばれる機器を使用して行われます。ゴニオメーターは、粘着性または粘着性がどの程度まで上昇しているのかを判断します。 この場合、他の2つの力が表面エネルギーに影響を与えます。 表面に凹凸がある場合、または疎水性として知られている場合、これにより液体がより高い角度でビーズになります。 逆に、表面が親水性である場合、液体分子が到達できる限り多くの表面を覆うように液滴が広がる場合があります。

表面エネルギーの測定は、通常、固体が熱のストレス下でわずかな動きで反応するが、体積がほぼ一定である非常に高い温度で行われます。 液体の表面エネルギーの測定は、表面積の「液体膜ストレッチ」と呼ばれるものを使用して行われます。 動的ウィルヘルム法と呼ばれる1つの方法では、表面張力を測定した液体に固体を浸し、液体から固体が放出される際の湿潤力を測定します。 科学者が多孔質材料および粉末の吸収レベルと表面エネルギーを知る必要がある場合、粉末接触角法と呼ばれる別の方法が使用されます。

これらの表面エネルギー測定と試験手順の実用化は、工業製品と消費者製品の開発に役立ちます。 ポリマーでコーティングされた金属は、強度と耐久性について、科学者の接着と凝集に関する知識に依存しています。 材料の表面エネルギー測定は、酸化および化学結合の用途に使用されます。 リソグラフィでは、画像領域がインクを吸収し、非画像領域がインクを含まないようにインクを塗布する必要があります。 表面エネルギーの研究により、これらのプロセスが改善されました。