Kosteus, kosketuskulma ja mittaus

Kosteus, kosketuskulma ja mittaus

Kosteus, kosketuskulma ja mittaus

Kun pisara asetetaan kiinteälle alustalle, voi tapahtua jokin seuraavista ehdoista:

Piski leviää kokonaan kiinteän pinnan yli muodostaen nestekalvon päälle.

Pudotus leviää kiinteän pinnan päälle ja muodostaa siihen tasaisemman pisaran.

Pisarat eivät melkein levitä kiinteälle pinnalle, vaan "istuvat" niihin muodostaen erittäin ulkonevan pisaran.

Kostutuksella tarkoitetaan prosessia, jossa toinen sekoittamaton neste (kaasu tai muu neste) korvataan nestemäisellä kiinteällä pinnalla. Märä, johon neste kastuu kiinteälle pinnalle, voidaan mitata kosketuskulmalla, joka on nesteen / ilman rajapinnan ja kiinteän pinnan (mukaan lukien nestefaasiosuus)

Ensimmäisessä tapauksessa kosketuskulma on 0 ° ja sanomme, että neste voi täysin kastella kiinteän pinnan; toisessa tapauksessa kosketuskulma on suurempi kuin 0 °, mutta alle 90 °, sanomme, että neste voi osittain koskea kiinteä pinta; Kolmannessa tapauksessa kosketuskulma on yli 90 °, sanomme, että neste ei voi kastella kiinteää pintaa.

Tiettyä kolmivaiheista nestemäistä / kiinteää pintaa / ilmakehää (joka voi olla myös toinen nestefaasi, joka ei ole yhteensopiva nesteen kanssa), kosketuskulman tulisi olla spesifinen arvo, joka määritetään kolmen vaiheen välisellä vuorovaikutuksella, neste / kaasu, nestemäinen / kiinteä ja kiinteä / kaasuliitäntä määritellään itse järjestelmästä, joka on seurausta pienimmän kokonaisenergian saavuttamisesta. Kiinteän pinnan pisaran muoto määritetään YL-yhtälöllä, kun taas kosketuskulma toimii rajatilana. Ihanteellisessa tapauksessa kontaktikulman ja kolmivaiheisen vuorovaikutusvoiman välistä suhdetta voidaan kuvata seuraavalla Youngin yhtälöllä (Youngin ekvivalentti)

Alue ja esimerkkejä kosketuskulmista

4) vesipisarat lotuslehdessä

Riipus pudotuksen jälkeen Fyysisesti merkityksellisten kosketuskulmien alue on 0 ° - 180 °. Kosketuskulma 0 ° tarkoittaa, että neste leviää täydellisesti kiinteän pinnan yli, kunnes yksikerros muodostuu (jos ei ole esteitä!). Kosketuskulma 0 ° - 30 ° osoittaa, että nesteellä on hyvä kostuvuus kiinteään pintaan ja se leviää hyvin. Tämä alue on tärkeä monille prosesseille, kuten maaleille, pinnoille, puhdistukselle, kiinni Knot ja niin edelleen. Kosketuskulma välillä 30 ° ja 90 ° tarkoittaa, että nesteellä on tietty kostuvuus kiinteään pintaan, mutta se ei ole kovin hyvä. Kun kosketuskulma on yli 90 °, nesteen kosteus ei ole kiinteän pinnan suhteen. Kun tämä kulma Kun kulma nousee noin 130 ° -140 °, nesteen alkupisteessä on pintavastus kovaa pintaa vasten. Kun kosketuskulma kasvaa yli 150 °, pisara on itse asiassa vain "istumassa" pinnalla, jättäen pintaan heti, kun se on mahdollinen ja jolla on korkea karkeusaste pinnalla. Tämä koskee lotuslehtien vesipisaroita, joiden kosketuskulmat ovat jopa noin 170 °, joita kutsutaan "lootusvaikutuksiksi", joita kutsutaan usein myös superhydrofobisiksi pinnoiksi. Ne ovat itsepuhdistuvia ja niillä on suuret mahdolliset sovellukset, joten se on kuuma kohta nykyisessä tutkimuksessa.

Δθ = θ _a - θ _r

Varsinainen ei-ihanteellinen pinta, joka johtaa perinteiseen käytännön pinnan kostuvuuden nuoriin kosketuskulmiin, ei ole täydellinen, sinun on myös otettava huomioon kosketuskulman hystereesi, jotta se voidaan täysin karakterisoida, kuten superhydrofobiset pintaominaisuudet.