측각 분야에서 접촉각은 표면의 액체 방울과 고체 표면이 교차하는 지점에서 형성되는 각도를 의미합니다. 접촉각은 표면의 습윤 특성을 이해하기 위해 표면 과학 및 재료 특성 분석에서 사용되는 중요한 매개변수이며, 액체가 고체 표면에 얼마나 잘 퍼지는지 또는 고체 표면을 얼마나 잘 적시는지에 대한 정보를 제공합니다.
접촉각은 고체 및 액체의 표면 거칠기, 표면 화학 및 표면 에너지를 포함하여 다양한 요인의 영향을 받습니다. 접촉각이 다르면 친수성(낮은 접촉각, 높은 습윤성) 또는 소수성(높은 접촉각, 낮은 습윤성) 표면과 같이 다른 습윤 행동을 의미할 수 있습니다. 측각은 이러한 접촉각을 측정하고 분석하는 것을 말합니다.
측각을 활용하여 접촉각을 측정하는 산업 분야
다음과 같은 산업에서 제품 또는 장비의 접촉각을 측정하기 위해 측각을 활용합니다.
- 나노 기술
- 반도체
- 섬유 및 파이버
- 폴리머 및 플라스틱
- 살충제
- 석유 및 가스
- 하드 디스크 드라이브
영 방정식
영 방정식(Young’s equation)은 응집력과 접착력의 상호작용을 설명하고 표면 에너지를 계산하는 데 사용됩니다.
접촉각이 90도보다 큰 방울은 소수성입니다. 이 상황의 특징은 낮은 습윤성, 약한 접착력, 낮은 고체 표면 자유 에너지입니다. 친수성 방울은 보통의 접촉각을 갖고 있습니다. 이 상태는 향상된 습윤성, 접착력, 표면 에너지를 보입니다.
접촉각 측정 유형
정적 접촉각
단순히 접촉각이라고도 부르는 정적 접촉각은 고체 표면에 접촉한 지점의 액체 표면에 대한 접선과 고체 표면 자체 사이의 각도를 말합니다. 정적 접촉각은 액체 방울이 평형상태일 때 고체 표면 상 액체의 습윤 행동을 나타내는 척도로, 시간 경과에 따라 크기나 형태가 변하지 않음을 의미합니다.
접촉각은 청결도를 평가하기 위해 자주 사용됩니다. 유기 오염물질은 습윤을 저해하고 친수성 표면의 접촉각을 증가시킵니다. 습윤성이 향상되면 일반적으로 접촉각이 감소하며, 표면이 세정 및 처리되어 불순물이 제거되면 표면 에너지가 증가합니다.
접촉각은 청결도를 평가하기 위해 자주 사용됩니다. 유기 오염물질은 습윤을 저해하고 친수성 표면의 접촉각을 증가시킵니다. 습윤성이 향상되면 일반적으로 접촉각이 감소하며, 표면이 세정 및 처리되어 불순물이 제거되면 표면 에너지가 증가합니다. 정적 접촉각은 또한 표면 거칠기의 영향도 받습니다.
동적 접촉각은 움직이는 방울에서 측정된 접촉각입니다. 여기에는 틸팅 플레이트 접촉각 측정, 볼륨 가산 및 감산, 시간 의존적 연구 등이 포함됩니다.
시간 의존적 동적 연구
연구자들은 시간 경과에 따라 흡수, 증발 그리고 Cassie-Wenzel 전환 상태와 같은 특이한 현상의 영향을 조사하기 위해 접촉각을 모니터링하는 경우가 많습니다. 다른 시간 의존적 연구에서는 시간 경과에 따라 환경 조건(예: 온도 및 습도)의 변화에 따른 접촉각의 변화를 관찰합니다. 어떤 경우에는 표면 장력을 증가 또는 감소시키는 화학물질을 첨가하여 방울이 변경되기도 합니다.
많은 학자들이 초소수성을 더 잘 이해하기 위해 최근 몇 년간 Cassie 및 Wenzel 상태를 연구해 왔습니다. Cassie 상태에서 방울은 아래 이미지에서 묘사된 대로 아래에 공기층이 있는 요철(asperities) 위에 있습니다.
틸팅 플레이트 방법
틸팅 플레이트 방법은 고체 표면이 일반적으로 0° ~ 90° 기울어진 상태에서 고착된 방울의 왼쪽과 오른쪽 모두에서 접촉각을 측정합니다. 표면이 기울어짐에 따라 중력 때문에 경사 아래쪽의 접촉각이 증가합니다.
DSX1000 현미경으로 접촉각 측정
코팅이 있는 나무 표면의 접촉각 조사
다양한 코팅 위에 있는 물의 접촉각을 3배율 대물렌즈를 사용하는 DSX1000 현미경 틸팅 프레임을 사용하여 측정했습니다.
DSX1000 시스템의 강력한 소프트웨어를 통해 접촉각과 표면 거칠기를 쉽게 측정할 수 있습니다. 여기서 우리는 접촉각에 초점을 맞추고 있습니다.
접촉 측정은 다음과 같습니다.
위의 결과로부터 접촉각 값은 코팅에 따라 달라진다고 추론할 수 있습니다. 이는 액체, 고체 및 증기 분자의 상호 작용의 상대적 영향을 반영합니다.
또한 우리는 미가공 망고 나무의 접촉각과 코팅 후 접촉각을 조사했습니다.
우리는 코팅 없는 표면에서 동일하게 접촉각이 낮은 것을 관찰했습니다.
확장 측정 기능: 표면 거칠기
Evident의 DSX1000 현미경은 또한 코팅 전과 후에 나무의 표면 거칠기를 측정할 수 있습니다.
라인 프로파일 및 영역 거칠기의 표준 Ra 및 Sa 매개변수는 현미경이 캡처한 3D 이미지로 평가할 수 있습니다.
이 콘텐츠의 일부 내용은 IR Technology Services Pvt. Ltd.의 응용 전문가인 Gyanesh Singh이 작성한 글인 “Olympus DSX1000 Microscope a Contact Angle Goniometer”에서 발췌하여 수정한 것입니다. 이 글은 www.irtech.in/uncategorized/olympus-dsx1000-microscope-a-contact-angle-goniometer/에서 확인할 수 있습니다.
