Bevochtigbaarheid, contacthoek en meting

Bevochtigbaarheid, contacthoek en meting

Bevochtigbaarheid, contacthoek en meting

Wanneer u een druppel op een stevig oppervlak plaatst, kan een van de volgende aandoeningen optreden:

De druppel verspreidt zich volledig over het vaste oppervlak en vormt er een vloeibare film bovenop.

De druppel verspreidt zich over het vaste oppervlak en vormt een plattere druppel erop.

Druppels verspreiden zich bijna niet op het vaste oppervlak, maar "zitten" erop om een ​​zeer uitstekende druppel te vormen.

Bevochtiging verwijst naar het proces waarbij een andere niet-mengbare vloeistof (gas of een andere vloeistof) wordt vervangen door een vloeistof op een vast oppervlak. De mate waarin een vloeistof wordt bevochtigd op een vast oppervlak kan worden gemeten door de contacthoek, die de hoek is tussen het vloeistof / luchtgrensvlak en het vaste oppervlak (inclusief het vloeibare fasedeel).

In het eerste geval is de contacthoek 0 ° en we zeggen dat de vloeistof het vaste oppervlak volledig kan bevochtigen; in het tweede geval is de contacthoek groter dan 0 ° maar kleiner dan 90 °, we zeggen dat de vloeistof het vaste oppervlak gedeeltelijk kan bevochtigen; in het derde geval is de contacthoek groter dan 90 °, we zeggen dat de vloeistof het vaste oppervlak niet kan bevochtigen.

Voor een gegeven driefasensysteem van vloeistof / vast oppervlak / atmosfeer (wat ook een andere vloeibare fase kan zijn die incompatibel is met de vloeistof), moet de contacthoek een specifieke waarde zijn die wordt bepaald door de interactie tussen de drie fasen, dat wil zeggen, vloeistof / gas, vloeistof / vaste stof en vaste stof / gas-interface, wordt bepaald door het systeem zelf, het resultaat van het nastreven van de minimale totale energie. De vorm van de druppel op het vaste oppervlak wordt bepaald door de YL-vergelijking, terwijl de contacthoek als een randvoorwaarde fungeert. In het ideale geval kan de relatie tussen de contacthoek en de driefasige interactiekracht worden beschreven door de volgende Young-vergelijking (Young's eq.)

Bereik en voorbeelden van contacthoeken

4) waterdruppeltjes op het lotusblad

Hanger Drop after fittting Het bereik van fysiek betekenisvolle contacthoeken is van 0 ° tot 180 °. Een contacthoek van 0 ° betekent dat de vloeistof zich volledig over het vaste oppervlak verspreidt totdat een monolaag wordt gevormd (als er geen obstructie is!). Een contacthoek van 0 ° tot 30 ° geeft aan dat de vloeistof goed bevochtigbaar is met het vaste oppervlak en zich goed zal verspreiden. Dit bereik is belangrijk voor veel processen zoals verven, coatings, reinigen, Knopen plakken enzovoort. De contacthoek tussen 30 ° en 90 ° betekent dat de vloeistof een zekere bevochtigbaarheid heeft voor het vaste oppervlak, maar deze is niet erg goed. Wanneer de contacthoek groter is dan 90 °, heeft de vloeistof geen bevochtigbaarheid voor het vaste oppervlak. Wanneer deze hoek Naarmate de hoek toeneemt tot ongeveer 130 ° -140 °, begint de vloeistof oppervlakte-afstoting op het vaste oppervlak te vertonen. Wanneer de contacthoek boven 150 ° wordt verhoogd, bevindt de druppel zich feitelijk gewoon op het oppervlak, waardoor het oppervlak wordt verlaten zodra het een kans heeft en een hoge mate van afstoting op het oppervlak vertoont. Dit is het geval van waterdruppels op het lotusgebladerte, met contacthoeken tot ongeveer 170 °, ook bekend als het 'lotuseffect', die ook vaak superhydrofobe oppervlakken worden genoemd. Ze zijn zelfreinigend en hebben grote potentiële toepassingen, dus het is een hotspot in het huidige onderzoek.

Δθ = θ _a - θ _r

Het feitelijke niet-ideale oppervlak, resulterend in een jonge contacthoekkarakterisering van de oppervlakte-bevochtigbaarheid van de traditionele praktijk, is niet perfect, u moet ook de contacthoekhysteresis in overweging nemen om deze volledig te karakteriseren, zoals superhydrofobe oppervlakte-eigenschappen.