Hva er overflatenergi?

Innenfor en fast masse er molekyler omgitt av identiske molekyler med lignende energimålinger. På overflaten av faststoffet er det imidlertid sannsynlig at molekyler kommer i kontakt med luft og noen ganger væsker eller andre masser med forskjellige energimålinger. Som et resultat er overflatenergimålinger alltid forskjellige fra de som finnes i massen til et faststoff.

Alle tre fasene - fast, flytende og luft - har målbare overflatenergier og overflatespenninger. Molekyler har både det som kalles "limdriv" og "sammenhengende stasjoner" som styrer måtene de interagerer med molekylene rundt seg. Selvklebende stasjoner søker å binde seg til andre typer molekyler, mens sammenhengende stasjoner søker å binde seg med like molekyler. Hvis sammenhengende drivverk er mer fremtredende, vil flytende molekyler bare perle opp på en overflate når de motstår andre molekyler; motsatt er sant hvis limstasjoner er mer fremtredende.

Målinger av overflateenergi, overflatespenning og overflatetetthetsspenning analyserer fuktighetsatferd mellom væsker og faste stoffer når forskere tester for de termodynamiske egenskapene til faste stoffer. Når flytende molekyler på en fast overflate perler opp i samhold, kan forskere måle kontaktvinkelen til disse molekylene på den faste overflaten. Denne måling av kontaktvinkelen blir tatt med et instrument som kalles et goniometer, som bestemmer i hvilken grad kohesjon eller vedheft er i stigningen. To andre krefter kan påvirke overflatenergien i dette tilfellet. Hvis overflaten er robust eller kjent som hydrofob, får dette væsker til å perle i høyere vinkler; derimot, når en overflate er hydrofil, kan en væskedråpe spre seg for å dekke så mye av overflaten som flytende molekyler kan nå.

Målinger av overflateenergi blir vanligvis tatt ved ekstremt høye temperaturer, når faste stoffer reagerer ved svak bevegelse under belastning av varme, men volumet er nesten konstant. Målinger av flytende overflateenergi blir tatt ved å bruke det som kalles en "flytende membranstrekning" av overflaten. En metode, kalt Dynamic Wilhelmy Method, innebærer å senke et fast stoff i en væske som tidligere er målt for overflatespenning, og deretter måle fuktingskreftene når det faste stoffet frigjøres fra væsken. En annen metode, kalt Powder Contact Angle Method, brukes når forskere trenger å kjenne absorpsjonsnivået og overflatenergien til porøse materialer og pulver.

Praktiske anvendelser av disse overflatenergimålingene og testprosedyrene er til fordel for utviklingen av industrielle og forbrukerprodukter. Metaller belagt med polymerer er avhengige av forskernes kunnskap om vedheft og samhold for deres styrke og holdbarhet. Materialenes overflateenergimålinger blir tatt for oksidasjons- og kjemiske bindingsapplikasjoner. I litografi må blekk påføres på en måte som gjør at bildeområder kan absorbere blekk og områder som ikke er bilder, forbli fri for blekk; overflatenergiforskning har foredlet disse prosessene.