Angle de contact / tensiomètre de surface: du principe à l'application résolution complète

L'angle de contact et la tension de surface sont des paramètres fondamentaux de la science des surfaces des matériaux, le premier reflétant la mouillabilité des liquides sur les solides et le second caractérisant la cohésion entre les molécules à la surface des liquides. L'angle de contact / tensiomètre de surface convertit la morphologie microscopique des gouttelettes en données quantifiées par imagerie optique avec des techniques de modélisation mathématique.

I. principe d'essai: quantification de précision basée sur la mécanique d'interface

équation de Young et détermination de la mouillabilité

Lorsque les gouttelettes entrent en contact avec une surface solide, la tension interfaciale solide - liquide - gaz atteint l'équilibre, formant un angle de contact θ. L'équation de Young (γ - SV = γ - SL + γ - LV - cos θ) révèle la relation entre l'angle de contact et l'énergie libre de la Surface: θ < 90° pour les surfaces hydrophiles (comme l'eau étalée sur le verre) et θ > 90° pour les surfaces hydrophobes (comme l'eau contractée sur les feuilles de lotus). Cette équation est la base théorique de la mesure de l'angle de contact.

Angle de contact dynamique et phénomène d'hystérésis

L'angle de contact avant (zone non mouillée par le liquide) et l'angle de contact arrière (zone mouillée par le liquide) peuvent être mesurés en contrôlant le processus d'étalement et de rétraction des gouttelettes. Plus l'hystérésis de l'angle de contact (Δθ = θadv - θrec) est important, plus la rugosité ou l'hétérogénéité chimique de la surface sont importantes. Par example, l'angle d'hystérésis d'une surface superhydrophobe (θ > 150°) est généralement inférieur à 5°, alors que celui d'une surface métallique rugueuse peut être supérieur à 30°.

Méthode de mesure de la tension superficielle

Méthode de la goutte suspendue: la tension superficielle est calculée en combinaison avec l'équation de Young - Laplace en analysant les paramètres géométriques du profil de la goutte, tels que le rapport de diamètre D / D. Cette méthode est applicable aux métaux fondus à haute température ou aux liquides corrosifs.

Méthode de plaque de platine: la plaque de platine traitée par sablage est immergée dans un liquide et la valeur de la tension de surface est convertie par la profondeur d'immersion lorsque la tension de surface est équilibrée avec la force inverse de l'instrument. Le test de l'eau distillée peut être effectué en 5 secondes avec une précision de ± 0,1 Mn / m.

II. Processus d'essai: processus normalisé de la préparation des échantillons à l'analyse des données

Préparation et prétraitement des échantillons

Échantillon de bloc / film: la taille doit être supérieure à 2 cm × 2 cm, erreur de planéité de surface ≤ 5 μm. Pour les surfaces courbes (comme les fibres optiques), la technologie de test d'angle de contact 3D est requise.

Échantillon de poudre: utilisez la presse à comprimés infrarouge pour presser en morceaux, épaisseur ≥ 1mm. Si l'échantillon adhère au moule, vous pouvez ajouter du papier de pesée sur le tapis de surface.

Échantillons liquides: ≥ 1 mL requis pour l'essai de tension superficielle et ≥ 99,9% requis pour la pureté (par exemple, eau distillée secondaire).

Algorithme d'acquisition et d'ajustement des données

Angle de contact statique: avec la méthode Young Laplace destinée à être légale (précision ± 0,5°) ou tangente (pour θ < 120°). Pour les gouttelettes non axisymétriques (par exemple, différence d'angle de contact gauche / droite > 10°), vous devez utiliser l'algorithme adsa - realdrop.

Angle de contact dynamique: l'angle de roulement est mesuré à l'aide d'une table inclinée (0 - 90°) ou l'angle avant / arrière est capturé en contrôlant la vitesse de variation du volume de la goutte (0,1 - 10 μl / s).

Calcul de l'énergie libre de surface: basé sur le modèle Owens - Wendt (pour les surfaces polaires / non polaires) ou le modèle fowkes (pour les surfaces à faible énergie), il est nécessaire de mesurer l'angle de contact d'au moins 3 liquides dont la tension de surface est connue (par exemple, l'eau, * * * *, l'éthylène glycol).