Vad är ytenergi?

Inom en fast massa är molekyler omgiven av identiska molekyler med liknande energimätningar. På ytan av det fasta ämnet kommer emellertid molekyler troligen att vara i kontakt med luft och ibland vätskor eller andra massor av olika energimätningar. Som ett resultat skiljer sig ytenergimätningarna alltid från de som finns i massan av ett fast ämne.

Alla tre faserna - fast, vätska och luft - har mätbara ytenergier och ytspänningar. Molekyler har båda vad som kallas "limdriv" och "sammanhängande drivkrafter" som styr de sätt på vilka de interagerar med molekylerna runt dem. Vidhäftande enheter försöker binda med andra typer av molekyler, medan sammanhängande drivkrafter försöker binda med liknande molekyler. Om sammanhängande enheter är mer framträdande kommer flytande molekyler bara att pärla upp på en yta när de motstår andra molekyler; Det omvända är sant om limdrivna enheter är mer framträdande.

Mätningar av ytenergi, ytspänning och ytdensitet Analysera vätningsbeteende mellan vätskor och fasta ämnen när forskare testar för de termodynamiska egenskaperna hos fasta ämnen. När flytande molekyler på en fast ytpärl i sammanhållning kan forskare mäta kontaktvinkeln för dessa molekyler på den fasta ytan. Denna kontaktvinkelmätning tas med ett instrument som kallas en goniometer, som bestämmer i vilken grad sammanhållning eller vidhäftning som är i uppstigningen. Två andra krafter kan påverka ytenergi i detta fall. Om ytan är robust eller känd som hydrofob, får detta vätskor att pärla i högre vinklar; Omvänt, när en yta är hydrofil, kan en flytande droppe spridas för att täcka så mycket av ytan som vätskemolekylerna kan nå.

Mätningar av ytenergi tas vanligtvis vid extremt höga temperaturer, när fasta ämnen reagerar genom små rörelser under stressen av värme men volymen är nästan konstant. LIquid ytenergimätningar görs genom att använda det som kallas en "flytande membransträcka" av ytan. En metod, kallad den dynamiska Wilhelmy -metoden, innebär att man fördjupar ett fast ämne i en vätska som tidigare har uppmättts för ytspänning och sedan mäter vätkrafterna när det fasta ämnet frigörs från vätskan. En annan metod, kallad pulverkontaktvinkelmetod, används när forskare behöver känna till absorptionsnivåerna och ytenergierna hos porösa material och pulver.

Praktiska tillämpningar av dessa ytenergimätningar och testförfaranden gynnar utvecklingen av industriella och konsumentprodukter. Metaller belagda med polymerer förlitar sig på forskarnas kunskap om vidhäftning och sammanhållning för deras styrka och hållbarhet. Materialens ytenergimätningar görs för oxidation och kemiska bindningsapplikationer. I litografi måste bläck appliceras på ett sätt som gör att bildområden kan absorbera bläck och icke-bildområden kan förbli fria från inks; Surface Energy Research har förfinat dessa processer.