In goniometria l'angolo di contatto rappresenta l'angolo formato all'intersezione della superficie solida e delle goccioline liquide situate sulla stessa superficie. Si tratta di un parametro fondamentale usato nelle scienze delle superfici e nella caratterizzazione dei materiali per comprendere le proprietà di bagnabilità delle superfici. L'angolo di contatto fornisce delle informazioni sull'entità di diffusione di un liquido o di bagnabilità su una superficie solida.
L'angolo di contatto è influenzato da diversi fattori come la rugosità superficiale, la composizione chimica superficiale e l'energia superficiale del solido e del liquido. Diversi angolo di contatto possono differenziare significativamente la bagnabilità, come nel caso delle superfici idrofile (basso angolo di contatto e alta bagnabilità) o idrofobe (alto angolo di contatto e bassa bagnabilità). La goniometria consiste nella misura e nell'analisi degli angoli di contatto.
Settori che utilizzano la goniometria per la misura degli angoli di contatto
Numerosi settori utilizzano la goniometria per misurare gli angoli di contatto nei propri prodotti o apparecchiature. Di seguito vengono riportati alcuni esempi:
- Nanotecnologia
- Semiconduttori
- Tessile
- Polimeri e plastiche
- Insetticidi
- Oil & gas
- Dischi rigidi
Equazione di Young
L'equazione di Young viene usata per descrivere l'interazione delle forze di coesione e adesione, oltre che per calcolare l'energia della superficie.
Una gocciolina con un angolo di contatto superiore a 90° risulta idrofobica. Questa situazione è caratterizzata da scarsa bagnabilità, bassa adesione e bassa energia libera nella superficie solida. Una goccia idrofila possiede un basso angolo di contatto. Questa condizione indica una migliore bagnabilità, adesione e energia della superficie.
Tipi di misure di angolo di contatto
Angolo di contatto statico
L'angolo di contatto statico, noto anche come angolo di contatto, si riferisce all'angolo formato dalla linea della tangente della superficie del liquido nel punto di contatto con una superficie solida e la stessa superficie solida. Permette di misurare il comportamento della bagnabilità di un liquido su una superficie solida quando la gocciolina di liquido risulta in equilibrio e quindi non si assiste a modifiche di forma o dimensioni della gocciolina nel corso del tempo.
L'angolo di contatto viene frequentemente usato per valutare la pulizia tecnica. I contaminanti organici riducono la bagnabilità e aumentano gli angoli di contatto sulle superfici idrofile. In genere l'angolo di contatto diminuisce con l'aumento della bagnabilità e l'energia della superficie aumenta se una superficie viene pulita e trattata in modo da eliminare le impurità.
L'angolo di contatto viene frequentemente usato per valutare la pulizia tecnica. I contaminanti organici riducono la bagnabilità e aumentano gli angoli di contatto sulle superfici idrofile. In genere l'angolo di contatto diminuisce con l'aumento della bagnabilità e l'energia della superficie aumenta se una superficie viene pulita e trattata in modo da eliminare le impurità. L'angolo di contatto statico può inoltre essere influenzato dalla rugosità superficiale.
La misura di un angolo di contatto dinamica consiste in un angolo di contatto misurato su una gocciolina in movimento. Questa include ma non si limita a: misure dell'angolo di contatto; aggiunta e sottrazione di volume; ricerca in funzione del tempo.
Studi delle dinamiche in funzione del tempo
I ricercatori controllano frequentemente l'angolo di contatto nel tempo per analizzare gli effetti dell'assorbimento, dell'evaporazione e dei fenomeni più insoliti, come gli stati transizionali di Cassie e Wenzel. Altre ricerche in funzione del tempo riguardano l'analisi del cambiamento dell'angolo di contatto in funzione del cambiamento delle condizioni ambientali (es: temperatura e umidità). In queste situazioni la gocciolina viene alterata dall'aggiunta di un composto chimico che aumenta o diminuisce la tensione superficiale.
Negli ultimi anni numerosi ricercatori hanno studiato gli stati di Cassie e Wenzel per meglio comprendere la superidrofobia. Nello stato di Cassie, una gocciolina si lega alla parte superiore delle asperità con spazi vuoti situati al di sotto della gocciolina, come illustrato nella seguente immagine.
Metodo del piano inclinato
Il metodo del piano inclinato permette di acquisire le misure degli angoli di contatto sul alto sinistro e destro di una gocciolina sessile, con l'inclinazione di una superficie solida compresa tra 0° e 90°. Con l'inclinazione della superficie, la forza di gravità incrementa l'angolo di contatto sul lato a valle.
Misura dell'angolo di contatto con un microscopio DSX1000
Analisi dell'angolo di contatto di una superficie legnosa con rivestimenti
L'angolo di contatto dell'acqua in diversi rivestimenti è stato misurato mediante uno stativo inclinabile di microscopio DSX1000 con un obiettivo 3X.
Il software potente del sistema DSX1000 permette una facile misura dell'angolo di contatto e della rugosità superficiale. In questo caso ci si concentra sull'angolo di contatto.
La misura di contatto viene riportata di seguito.
In base a questi risultati è possibile affermare che i valori dell'angolo di contatto cambiano in funzione del rivestimento, il quale riflette la forza relativa delle interazioni molecolari liquide, solide e gassose.
Inoltre è stato analizzato l'angolo di contatto su legno grezzo di mango e l'angolo di contatto in seguito al suo rivestimento.
È stato osservato lo stesso basso angolo di contatto nella superficie senza il rivestimento
Funzionalità di misura estesa: Rugosità della superficie
Il nostro microscopio DSX1000 è inoltre in grado di misurare la rugosità della superficie del legno prima e dopo il suo rivestimento
I parametri Ra e Sa standard del profilo lineare e della rugosità areale possono essere valutati in base all'immagine 3D acquisita dal microscopio.
Parti di questo post sono stati adattati dall'articolo "Olympus DSX1000 Microscope a Contact Angle Goniometer " redatto da Gyanesh Singh, Specialista delle Applicazioni in IR Technology Services Pvt. Ltd. La versione originale dell'articolo è disponibile al seguente link: www.irtech.in/uncategorized/olympus-dsx1000-microscope-a-contact-angle-goniometer/
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