Em goniometria, o ângulo de contato se refere ao ângulo formado na intersecção de uma superfície sólida e uma gota de líquido colocada sobre essa superfície. Ele é um parâmetro crucial usado na ciência de superfície e caracterização de materiais para entender as propriedades de molhabilidade de superfícies. O ângulo de contato oferece informações sobre como um líquido se espalha ou molha uma superfície sólida.
Esse ângulo é afetado por vários fatores da superfície, como rugosidade, propriedades químicas e energia do sólido e líquido. Diferentes ângulos de contato podem causar diferentes comportamentos de molhabilidade, como superfícies hidrofílicas (baixo ângulo de contato, alta molhabilidade) ou hidrofóbicas (alto ângulo de contato, baixa molhabilidade). A goniometria é uma medição e análise desses ângulos de contato.
Setores que usam a goniometria para medir ângulos de contato
Muitos setores usam a goniometria para medir ângulos de contato em seus produtos ou equipamentos. Veja alguns exemplos abaixo:
- Nanotecnologia
- Semicondutores
- Têxtil e fibras
- Polímeros e plásticos
- Inseticidas
- Óleo e gás
- Disco rígido
Equação de Young
A equação de Young é usada para descrever a interação das forças de coesão e adesão e para calcular a energia da superfície.
Uma gota com ângulo de contato maior que 90° é hidrofóbica. Essa situação é caracterizada por baixa molhabilidade, adesividade fraca e baixa energia livre na superfície do sólido. Uma gota hidrofílica tem um ângulo de contato modesto. Esse estado indica melhor molhabilidade, adesividade e energia de superfície.
Tipos de medição de ângulo de contato
Ângulo de contato estático
O ângulo de contato estático, também conhecido simplesmente como ângulo de contato, se refere ao ângulo formado entre a linha tangente à superfície do líquido no ponto de contato com a superfície de um sólido e o superfície do sólido em si. Ele é uma medição do comportamento de molhabilidade de um líquido em uma superfície sólida quando a gota do líquido está em equilíbrio, o que significa que não há mudança no tamanho nem na forma da gota ao longo do tempo.
O ângulo de contato é usado frequentemente para avaliar o estado de limpeza. Poluentes orgânicos inibem a molhabilidade e aumentam os ângulos de contato em superfícies hidrofílicas. O ângulo de contato normalmente diminui à medida que a molhabilidade melhora e a energia de superfície aumenta quando ela é limpa e tratada para eliminar impurezas.
O ângulo de contato é usado frequentemente para avaliar o estado de limpeza. Poluentes orgânicos inibem a molhabilidade e aumentam os ângulos de contato em superfícies hidrofílicas. O ângulo de contato normalmente diminui à medida que a molhabilidade melhora e a energia de superfície aumenta quando ela é limpa e tratada para eliminar impurezas. O ângulo de contato estático pode também ser afetado pela rugosidade da superfície.
Uma medição de ângulo de contato dinâmico é qualquer ângulo de contato medido em uma gota em movimento. Isso inclui, entre outros, as medições de ângulo de contato em inclinação, adição e subtração de volume e pesquisa dependente do tempo.
Estudos de dinâmica dependente do tempo
Os pesquisadores monitoram frequentemente o ângulo de contato ao longo do tempo para investigar os efeitos da absorção, evaporação e fenômenos mais incomuns, como estados de transição de Cassie para Wenzel. Outra pesquisa dependente do tempo examina como o ângulo de contato muda ao longo do tempo à medida que condições ambientais (como temperatura e umidade) mudam. Em algumas circunstâncias, a gota é alterada pela adição de produtos químicos que aumentam ou reduzem a tensão superficial.
Muitos acadêmicos estudam recentemente os estados Cassie e Wenzel para entender melhor a super-hidrofobicidade. No estado Cassie, uma gota fica sobre as asperezas com lacunas de ar abaixo dela, como mostrado na imagem abaixo.
Método de inclinação
O método de inclinação captura as medições dos ângulos de contato nos lados esquerdo e direito de uma gota séssil enquanto a superfície sólida é inclinada, normalmente, de 0° a 90°. À medida que a superfície é inclinada, a gravidade faz com que o ângulo de contato no lado em declive aumente.
Medição de um ângulo de contato com um microscópio DSX1000
Investigação do ângulo de contato de uma superfície de madeira com revestimentos
O ângulo de contato da água em vários revestimentos foi medido com uma estativa basculante de microscópio DSX1000 com objetiva de 3×.
O poderoso software do sistema DSX1000 permite medição fácil do ângulo de contato e da rugosidade da superfície. Nosso foco aqui é o ângulo de contato.
A medição do contato é a seguinte.
Com os resultados acima, podemos deduzir que as mudanças nos valores do ângulo de contato dependem do revestimento, o que reflete a força relativa das interações moleculares do líquido, sólido e vapor.
Investigamos também o ângulo de contato em madeira de mangueira sem tratamento e o ângulo de contato após o revestimento.
Observamos o mesmo baixo ângulo de contato na superfície com o revestimento.
Capacidade de medição estendida: Rugosidade da superfície
Nosso microscópio DSX1000 também é capaz de medir a rugosidade da superfície da madeira antes e após o revestimento.
Os parâmetros Ra e Sa padrão do perfil de linha e rugosidade de área podem ser avaliados na imagem 3D capturada pelo microscópio.
Trechos deste conteúdo foram adaptadas de “Microscópio Olympus DSX1000, um goniômetro de ângulo de contato.” originalmente escrito por Gyanesh Singh, Especialista em Aplicações da IR Technology Services Pvt. Ltd. O texto original (em inglês) está em www.irtech.in/uncategorized/olympus-dsx1000-microscope-a-contact-angle-goniometer/
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