Vad är ytanergi?

Inom en fast massa omges molekyler av identiska molekyler med liknande energimätningar. Vid ytan av det fasta ämnet är det dock troligt att molekyler kommer i kontakt med luft och ibland vätskor eller andra massor med olika energimätningar. Som ett resultat skiljer sig ytenergimätningar alltid från de som finns i massan hos ett fast ämne.

Alla tre faserna - fast, vätska och luft - har mätbara ytenergier och ytspänningar. Molekyler har både vad som kallas "självhäftande drivenheter" och "sammanhängande drivenheter" som styr hur de interagerar med molekylerna runt dem. Vidhäftningsdrivare försöker binda med andra typer av molekyler, medan sammanhängande drivenheter försöker binda med samma molekyler. Om sammanhängande drivenheter är mer framträdande kommer flytande molekyler bara att pärla upp på en yta när de motstår andra molekyler; det omvända är sant om limdrivare är mer framträdande.

Mätningar på ytanergi, ytspänning och yttäthetsspänning analyserar vätbeteende mellan vätskor och fasta ämnen när forskare testar för de fasta materialens termodynamiska egenskaper. När flytande molekyler på en fast yta pärlor upp i sammanhållning, kan forskare mäta kontaktvinkeln för dessa molekyler på den fasta ytan. Denna kontaktvinkelmätning görs med ett instrument som kallas en goniometer, som avgör i vilken grad sammanhållning eller vidhäftning är i stigningen. Två andra krafter kan påverka ytenergi i detta fall. Om ytan är robust eller känd som hydrofob, orsakar detta vätskor att pärla i högre vinklar; omvänt, när en yta är hydrofil, kan en vätskedroppe spridas ut för att täcka så mycket av ytan som vätskemolekylerna kan nå.

Ytmätningar mäts vanligtvis vid extremt höga temperaturer, när fasta ämnen reagerar med små rörelser under värmespänningen men volymen är nästan konstant. Mätningar av flytande ytenergi görs genom att använda det som kallas en "flytande membransträcka" av ytområdet. En metod, kallad Dynamic Wilhelmy Method, involverar att nedsänka ett fast ämne i en vätska som tidigare har uppmättts för ytspänning och sedan mäta vätkrafterna när det fasta ämnet frigörs från vätskan. En annan metod, kallad Powder Contact Angle Method, används när forskare behöver känna till absorptionsnivåer och ytenergier hos porösa material och pulver.

Praktiska tillämpningar av dessa ytmätningsmätningar och testförfaranden gynnar utvecklingen av industri- och konsumentprodukter. Metaller belagda med polymerer förlitar sig på forskarnas kunskap om vidhäftning och sammanhållning för deras styrka och hållbarhet. Materials mätningar av ytenergi utförs för oxidations- och kemiska bindningstillämpningar. Vid litografi måste bläck appliceras på ett sätt som gör att bildområden kan absorbera bläck och icke-bildområden att förbli fria från bläck; ytenergiforskning har förfinat dessa processer.