En goniométrie, l’angle de contact désigne l’angle formé à l’intersection d’une surface solide et d’une gouttelette de liquide déposée sur cette surface. C’est un paramètre crucial utilisé en sciences des surfaces et en caractérisation des matériaux pour déterminer les propriétés de mouillage des surfaces. L’angle de contact donne de l’information sur la capacité d’un liquide à s’étaler sur une surface solide ou à la mouiller.
Il est influencé par divers facteurs, comme la rugosité et la composition chimique de la surface, de même que l’énergie de surface du solide et du liquide. Des angles de contact différents peuvent indiquer des comportements de mouillage distincts, comme un mouillage élevé pour les surfaces hydrophiles (faible angle de contact) ou un faible mouillage pour les surfaces hydrophobes (grand angle de contact). La goniométrie consiste à mesurer et à analyser ces angles de contact.
Industries qui utilisent la goniométrie pour mesurer les angles de contact
De nombreuses industries utilisent la goniométrie pour mesurer les angles de contact sur leurs produits ou équipements. En voici quelques exemples :
- Nanotechnologie
- Semi-conducteurs
- Textiles et fibres
- Polymères et plastiques
- Insecticides
- Industrie pétrolière et gazière
- Disques durs
Équation de Young
L’équation de Young est utilisée pour décrire l’interaction entre les forces de cohésion et d’adhésion et pour calculer l’énergie de surface.
Une goutte dont l’angle de contact est supérieur à 90 degrés se trouve sur une surface hydrophobe. Cette situation se caractérise par un faible mouillage, une faible adhésion et une faible énergie libre de surface du solide. Une goutte sur une surface hydrophile présente un angle de contact plus faible. Cet état indique un meilleur mouillage, une adhésion accrue et une énergie de surface supérieure.
Types de mesures d’angle de contact
Angle de contact statique
L’angle de contact statique, aussi appelé simplement « angle de contact », désigne l’angle formé entre la ligne tangente à la surface du liquide au point de contact avec une surface solide et la surface solide elle-même. Il s’agit d’une mesure du comportement de mouillage d’un liquide sur une surface solide lorsque la gouttelette de liquide est à l’équilibre, soit lorsqu’il n’y a pas de changement dans la taille ou la forme de la gouttelette au fil du temps.
L’angle de contact est fréquemment utilisé pour évaluer la propreté. Les polluants organiques inhibent le mouillage et augmentent l’angle de contact sur les surfaces hydrophiles. En général, l’angle de contact diminue à mesure que le mouillage augmente, tandis que l’énergie de surface s’accroît lorsqu’une surface est nettoyée et traitée pour éliminer les impuretés. L’angle de contact statique peut également varier en fonction de la rugosité de la surface.
Les mesures d’angle de contact dynamique sont celles effectuées sur une goutte en mouvement. Différentes méthodes sont utilisées pour ces mesures, notamment l’utilisation d’une plaque inclinable, la modification du volume de la goutte et l’étude de l’évolution de l’angle de contact dans le temps.
Études sur l’angle de contact dynamique variable dans le temps
Les chercheurs suivent fréquemment l’angle de contact au fil du temps pour étudier les effets de l’absorption, de l’évaporation, et de phénomènes plus inhabituels, comme les états de transition entre Cassie et Wenzel. D’autres recherches liées aux variations dans le temps examinent comment l’angle de contact change selon les conditions environnementales (comme la température et l’humidité). Dans certains cas, la goutte est modifiée par l’ajout d’un produit chimique qui augmente ou diminue la tension superficielle.
Ces dernières années, de nombreux chercheurs se sont penchés sur les états de Cassie et de Wenzel afin de mieux comprendre la superhydrophobie. Dans l’état de Cassie, une goutte repose sur des aspérités, avec des espaces d’air en dessous, comme le montre l’image ci-dessous.
Méthode de la plaque inclinable
La méthode de la plaque inclinable permet de mesurer les angles de contact des côtés gauche et droit d’une goutte sessile pendant que la surface solide est inclinée, généralement de 0° à 90°. Lorsqu’on incline la surface, la gravité provoque une augmentation de l’angle de contact du côté descendant.
Mesure de l’angle de contact au moyen d’un microscope DSX1000
Étude de l’angle de contact sur une surface en bois avec revêtements
L’angle de contact de l’eau sur divers revêtements a été mesuré à l’aide d’un microscope DSX1000 à potence inclinable et d’un objectif 3x.
Le puissant logiciel du système DSX1000 permet de mesurer facilement l’angle de contact et la rugosité de la surface.
Ici, nous nous concentrons sur l’angle de contact.
Voici les résultats de mesure de l’angle de contact.
Nous pouvons déduire à partir des résultats ci-dessus que les variations dans les valeurs de l’angle de contact dépendent du revêtement, ce qui reflète la force relative des interactions moléculaires entre le liquide, le solide et la vapeur.
Nous avons également étudié l’angle de contact sur du bois de manguier avec et sans revêtement.
Nous avons observé le même faible angle de contact sur la surface sans revêtement.
Capacités de mesure étendues : rugosité de surface
Notre microscope DSX1000 est également capable de mesurer la rugosité de la surface du bois avant et après l’application d’un revêtement.
Les paramètres standard Ra et Sa de la rugosité linéaire et de la rugosité surfacique peuvent être évalués à partir de l’image 3D prise par le microscope.
Des parties de ce contenu ont été adaptées de l’article Olympus DSX1000 Microscope a Contact Angle Goniometer (Microscope Olympus DSX1000: un goniomètre pour la mesure des angles de contact) , initialement rédigé par Gyanesh Singh, spécialiste des applications chez IR Technology Services Pvt. Ltd. Pour consulter l’article original, rendez-vous sur la page www.irtech.in/uncategorized/olympus-dsx1000-microscope-a-contact-angle-goniometer/.
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