V goniometrii se kontaktním úhlem rozumí úhel, který vzniká na průsečíku pevného povrchu a kapky kapaliny umístěné na tomto povrchu. Je klíčovým parametrem používaným v povrchových vědách a při charakterizaci materiálů k pochopení smáčecích vlastností povrchů. Kontaktní úhel poskytuje informace o tom, jak dobře se kapalina roztírá nebo smáčí pevný povrch.
Kontaktní úhel je ovlivněn různými faktory, včetně drsnosti povrchu, chemického složení povrchu a povrchové energie pevné látky a kapaliny. Různé kontaktní úhly mohou znamenat různé smáčecí vlastnosti, například hydrofilní (nízký kontaktní úhel, vysoká smáčivost) nebo hydrofobní (vysoký kontaktní úhel, nízká smáčivost) povrchy. Goniometrie představuje měření a analýzu těchto kontaktních úhlů.
Odvětví, kde se goniometrie používá k měření kontaktních úhlů
Mnoho odvětví používá k měření kontaktních úhlů na svých produktech nebo zařízeních goniometrii. Zde je uvedeno několik příkladů:
- Nanotechnologie
- Polovodiče
- Textil a vlákna
- Polymery a plasty
- Insekticidy
- Ropa a zemní plyn
- Pevné disky
Youngova rovnice
Youngova rovnice se používá k popisu interakce kohezních a adhezních sil a k výpočtu povrchové energie.
Kapka s kontaktním úhlem větším než 90 stupňů je hydrofobní. Taková situace se vyznačuje špatným smáčením, slabou přilnavostí a nízkou volnou energií pevného povrchu. Hydrofilní kapka má malý kontaktní úhel. Tento stav označuje lepší smáčení, přilnavost a povrchovou energii.
Typy měření kontaktního úhlu
Statický kontaktní úhel
Statickým kontaktním úhlem, také označovaným jednoduše jako kontaktní úhel, se rozumí úhel, který vzniká mezi tečnou povrchu kapaliny v místě kontaktu s pevným povrchem a samotným pevným povrchem. Jedná se o měřítko smáčecího chování kapaliny na pevném povrchu, když je kapka kapaliny v rovnovážném stavu, což znamená, že průběžně nedochází ke změně velikosti nebo tvaru kapky.
Kontaktní úhel se často používá k hodnocení čistoty. Znečišťující látky organického původu zabraňují smáčení a zvyšují kontaktní úhly na hydrofilních površích. Kontaktní úhel se obvykle s lepšími smáčecími vlastnostmi snižuje a povrchová energie se zvyšuje s tím, jak se povrch čistí a upravuje, aby se odstranily nečistoty.
Kontaktní úhel se často používá k hodnocení čistoty. Znečišťující látky organického původu zabraňují smáčení a zvyšují kontaktní úhly na hydrofilních površích. Kontaktní úhel se obvykle s lepšími smáčecími vlastnostmi snižuje a povrchová energie se zvyšuje s tím, jak se povrch čistí a upravuje, aby se odstranily nečistoty. Na statický kontaktní úhel může mít také vliv drsnost povrchu.
Dynamické měření kontaktního úhlu představuje jakýkoli kontaktní úhel měřený na pohybující se kapce. Patří sem mimo jiné měření kontaktního úhlu na naklánějící se desce, nárůst a snižování objemu a časově závislý výzkum.
Časově závislé dynamické studie
Výzkumníci často sledují kontaktní úhel v čase, aby mohli zkoumat účinky absorpce, odpařování a méně obvyklých jevů, jako jsou přechodné stavy od Cassieho až po Wenzela. Jiný časově závislý výzkum zkoumá, jak se kontaktní úhel mění v čase v závislosti na změnách podmínek prostředí (např. teploty a vlhkosti). Za určitých okolností se kapka mění přidáním chemické látky, která zvyšuje nebo snižuje povrchové napětí.
Mnoho vědců v posledních letech studuje Cassieho a Wenzelovy stavy, aby lépe pochopili superhydrofobicitu. V Cassieho stavu leží kapka na vrcholu asperit a pod ní jsou vzduchové mezery, jak je znázorněno na obrázku níže.
Metoda naklánějící se desky
Metoda naklánějící se desky zachycuje měření kontaktních úhlů na levé i pravé straně přisedlé kapky, zatímco pevný povrch je nakláněn obvykle od 0° do 90°. S náklonem povrchu se vlivem gravitace zvětšuje kontaktní úhel na sestupné straně.
Měření kontaktního úhlu mikroskopem DSX1000
Zkoumání kontaktního úhlu dřevěného povrchu s nátěry
Kontaktní úhel vody na různých nátěrech byl měřen pomocí mikroskopu DSX1000 s naklápěcím stativem a 3x objektivem.
Výkonný software systému DSX1000 umožňuje snadné měření kontaktního úhlu a drsnosti povrchu. Zde se zaměřujeme na kontaktní úhel.
Měření kontaktu se provádí následovně.
Z výše uvedených výsledků lze odvodit, že změny hodnot kontaktního úhlu jsou závislé na nátěru, což odráží relativní sílu molekulárních interakcí kapaliny, pevné látky a páry.
Zkoumali jsme také kontaktní úhel na nezpracovaném mangovém dřevě a kontaktní úhel po natírání.
Pozorovali jsme stejný nízký kontaktní úhel na povrchu bez nátěru.
Rozšířené možnosti měření: Drsnost povrchu
Náš mikroskop DSX1000 je také schopen měřit drsnost povrchu dřeva před nanesením nátěru a po něm.
Z 3D snímku pořízeného mikroskopem lze vyhodnotit standardní parametry Ra a Sa profilu linie a plošné drsnosti.
Části tohoto obsahu byly převzaty z článku „Mikroskop Olympus DSX1000 jako goniometr kontaktního úhlu“, jehož původním autorem je Gyanesh Singh, aplikační specialista společnosti IR Technology Services Pvt. Ltd. Původní článek naleznete na adrese www.irtech.in/uncategorized/olympus-dsx1000-microscope-a-contact-angle-goniometer/
Související obsah
Detekce výrobních vad na waferech polovodičů s použitím digitálního mikroskopu
Použití digitálního mikroskopu k přesnému měření otřepů na vstřikovaných výrobcích
Kontrola povrchu brzdové destičky pomocí digitálního mikroskopu
