Kontaktwinkel – Wikipedia

Das Kontaktwinkel ist der Winkel, der herkömmlicherweise durch die Flüssigkeit gemessen wird, wobei eine Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche auf eine feste Oberfläche trifft. Es quantifiziert die Benetzbarkeit einer festen Oberfläche durch eine Flüssigkeit über die Young-Gleichung. Ein gegebenes System aus Feststoff, Flüssigkeit und Dampf bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Druck hat einen einzigartigen Gleichgewichtskontaktwinkel. In der Praxis wird jedoch häufig ein dynamisches Phänomen der Kontaktwinkelhysterese beobachtet, das vom fortschreitenden (maximalen) Kontaktwinkel bis zum zurückgehenden (minimalen) Kontaktwinkel reicht.^[1] Der Gleichgewichtskontakt liegt innerhalb dieser Werte und kann daraus berechnet werden. Der Gleichgewichtskontaktwinkel spiegelt die relative Stärke der molekularen Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit, Feststoff und Dampf wider.

Thermodynamik[edit]

Die Form einer Flüssigkeits-Dampf-Grenzfläche wird durch die Young-Dupré-Gleichung bestimmt, wobei der Kontaktwinkel über die Young-Gleichung die Rolle einer Randbedingung spielt.

Die theoretische Beschreibung des Kontakts ergibt sich aus der Berücksichtigung eines thermodynamischen Gleichgewichts zwischen den drei Phasen: der flüssigen Phase (L), der festen Phase (S) und der Gas- oder Dampfphase (G) (die ein Gemisch aus Umgebungsatmosphäre sein könnte und eine Gleichgewichtskonzentration des flüssigen Dampfes). (Die “gasförmige” Phase könnte durch eine andere nicht mischbare flüssige Phase ersetzt werden.) Wenn die Fest-Dampf-Grenzflächenenergie mit bezeichnet wird

${ displaystyle gamma _ {SG}}$

, die Fest-Flüssig-Grenzflächenenergie von

${ displaystyle gamma _ {SL}}$

und die Flüssigkeit-Dampf-Grenzflächenenergie (dh die Oberflächenspannung) durch

${ displaystyle gamma _ {LG}}$

dann der Gleichgewichtskontaktwinkel

${ displaystyle theta _ { mathrm {C}}}$

wird aus diesen Größen durch die Young-Gleichung bestimmt:

${ displaystyle gamma _ { mathrm {SG}} – gamma _ { mathrm {SL}} – gamma _ { mathrm {LG}} cos theta _ { mathrm {C}} = 0 ,}$

Der Kontaktwinkel kann auch über die Young-Dupré-Gleichung mit der Adhäsionsarbeit in Beziehung gesetzt werden:

${ displaystyle gamma _ { mathrm {LG}} (1+ cos theta _ { mathrm {C}}) = Delta W _ { mathrm {SLG}} ,}$

wo

${ displaystyle Delta W _ { mathrm {SLG}}}$

ist die Fest-Flüssig-Adhäsionsenergie pro Flächeneinheit im Medium G.

Modifizierte Youngsche Gleichung[edit]

Die früheste Studie über die Beziehung zwischen Kontaktwinkel und Oberflächenspannungen für sitzende Tröpfchen auf flachen Oberflächen wurde 1805 von Thomas Young veröffentlicht.^[2] Ein Jahrhundert später Gibbs^[3] schlugen eine Modifikation der Youngschen Gleichung vor, um die volumetrische Abhängigkeit des Kontaktwinkels zu berücksichtigen. Gibbs postulierte die Existenz einer Linienspannung, die an der Dreiphasengrenze wirkt und die überschüssige Energie am Zusammenfluss der Fest-Flüssig-Gas-Phasengrenzfläche erklärt und wie folgt angegeben wird:

${ displaystyle cos ( theta) = { frac { gamma _ {SV} – gamma _ {SL}} { gamma _ {LV}}} + { frac { kappa} { gamma _ { LV}}} { frac {1} {a}}}$

wo κ[N] ist die Linienspannung und ein[m] ist der Tröpfchenradius. Obwohl experimentelle Daten eine affine Beziehung zwischen dem Kosinus des Kontaktwinkels und dem Radius der inversen Linie bestätigen, berücksichtigen sie nicht das korrekte Vorzeichen von κ und überschätzen seinen Wert um mehrere Größenordnungen.

Vorhersage des Kontaktwinkels unter Berücksichtigung der Leitungsspannung und des Laplace-Drucks[edit]

Mit Verbesserungen bei Messtechniken wie der Rasterkraftmikroskopie, der konfokalen Mikroskopie und dem Rasterelektronenmikroskop konnten die Forscher Tröpfchen in immer kleineren Maßstäben erzeugen und abbilden. Mit der Verringerung der Tröpfchengröße kamen neue experimentelle Beobachtungen der Benetzung. Diese Beobachtungen bestätigten, dass die modifizierte Youngsche Gleichung auf den Mikro-Nanoskalen nicht gilt. Jaspis^[5][4] schlug vor, dass einschließlich a V. dP Ein Begriff in der Variation der freien Energie kann der Schlüssel zur Lösung des Kontaktwinkelproblems in solch kleinen Maßstäben sein. Vorausgesetzt, die Variation der freien Energie ist im Gleichgewicht Null:

${ displaystyle 0 = { frac {dA_ {LV}} {dA_ {SL}}} + { frac { gamma _ {SL} – gamma _ {SV}} { gamma _ {LV}}} – { frac { kappa} { gamma _ {LV}}} { frac {dL} {dA_ {SL}}} – { frac {V} { gamma _ {LV}}} { frac {dP } {dA_ {SL}}}}$

Die Änderung des Drucks an der freien Flüssigkeits-Dampf-Grenze ist auf den Laplace-Druck zurückzuführen, der proportional zur mittleren Krümmung ist. Das Lösen der obigen Gleichung für konvexe und konkave Oberflächen ergibt:^[4]

${ displaystyle cos ( theta mp alpha) = A + B { frac { cos ( alpha)} {a}} pm C sin ( theta mp alpha) ( cos ( Theta) +1) ^ {2} { biggl (} { frac { sin ( alpha) ( cos ( alpha) +2)} {( cos ( alpha) +1) ^ {2} }} mp { frac { sin ( theta) ( cos ( theta) +2)} {( cos ( theta) +1) ^ {2}}} { biggr)}}$

wo

${ displaystyle A = { frac { gamma _ {SV} – gamma _ {SL}} { gamma _ {LV}}}}$

,

${ displaystyle B = { frac { kappa} { gamma _ {LV}}}}$

und

${ displaystyle C = { frac { gamma} {3 gamma _ {LV}}}}$

.

Diese Gleichung bezieht den Kontaktwinkel, eine geometrische Eigenschaft eines sitzenden Tröpfchens auf die Massenthermodynamik, die Energie an der Dreiphasenkontaktgrenze und die mittlere Krümmung des Tröpfchens. Für den Sonderfall eines sitzenden Tröpfchens auf einer ebenen Fläche

${ displaystyle ( alpha = 0)}$

::

${ displaystyle cos ( theta) = { frac { gamma _ {SV} – gamma _ {SL}} { gamma _ {LV}}} + { frac { kappa} { gamma _ { LV}}} { frac {1} {a}} – { frac { gamma} {3 gamma _ {LV}}} (2+ cos ( theta) -2 cos ^ {2} ( theta) – cos ^ {3} ( theta))}$

In der obigen Gleichung sind die ersten beiden Terme die modifizierte Youngsche Gleichung, während der dritte Term auf den Laplace-Druck zurückzuführen ist. Diese nichtlineare Gleichung sagt das Vorzeichen und die Größe von κ, die Abflachung des Kontaktwinkels in sehr kleinen Maßstäben und die Kontaktwinkelhysterese korrekt voraus.

Kontaktwinkelhysterese[edit]

Eine gegebene Substrat-Flüssig-Dampf-Kombination ergibt in der Praxis einen kontinuierlichen Bereich von Kontaktwinkelwerten. Der maximale Kontaktwinkel wird als fortschreitender Kontaktwinkel und der minimale Kontaktwinkel als zurückgehender Kontaktwinkel bezeichnet. Die vor- und zurückgehenden Kontaktwinkel werden aus dynamischen Experimenten gemessen, bei denen Tröpfchen oder Flüssigkeitsbrücken in Bewegung sind.^[1] Im Gegensatz dazu wird der durch die Young-LaPlace-Gleichung beschriebene Gleichgewichtskontaktwinkel aus einem statischen Zustand gemessen. Statische Messungen ergeben Werte zwischen dem vor- und zurückgehenden Kontaktwinkel in Abhängigkeit von den Ablagerungsparametern (z. B. Geschwindigkeit, Winkel und Tropfengröße) und der Tropfenhistorie (z. B. Verdunstung ab dem Zeitpunkt der Ablagerung). Die Kontaktwinkelhysterese ist definiert als

${ displaystyle theta _ { mathrm {A}} – theta _ { mathrm {R}}}$

obwohl der Begriff auch verwendet wird, um den Ausdruck zu beschreiben

${ displaystyle cos theta _ { mathrm {R}} – cos theta _ { mathrm {A}}}$

. Der statische, fortschreitende oder zurückgehende Kontaktwinkel kann je nach Anwendung anstelle des Gleichgewichtskontaktwinkels verwendet werden. Der Gesamteffekt kann als sehr analog zur Haftreibung angesehen werden, dh es ist ein minimaler Arbeitsaufwand pro Entfernungseinheit erforderlich, um die Kontaktlinie zu bewegen.^[6]

Der fortschreitende Kontaktwinkel kann als Maß für die Flüssig-Fest-Kohäsion beschrieben werden, während der zurückgehende Kontaktwinkel ein Maß für die Flüssig-Fest-Haftung ist. Die vor- und zurückgehenden Kontaktwinkel können direkt mit verschiedenen Methoden gemessen und auch aus anderen Benetzungsmessungen wie der Krafttensiometer (auch bekannt als Wilhemy-Plate-Methode) berechnet werden.

Vor- und zurückgehende Kontaktwinkel können direkt aus derselben Messung gemessen werden, wenn Tropfen linear auf einer Oberfläche bewegt werden. Beispielsweise nimmt ein Flüssigkeitstropfen einen bestimmten Kontaktwinkel an, wenn er statisch ist, aber wenn die Oberfläche gekippt wird, verformt sich der Tropfen anfänglich, so dass die Kontaktfläche zwischen dem Tropfen und der Oberfläche konstant bleibt. Die “bergab” -Seite des Abfalls nimmt einen höheren Kontaktwinkel an, während die “bergauf” -Seite des Abfalls einen niedrigeren Kontaktwinkel annimmt. Mit zunehmendem Neigungswinkel ändern sich die Kontaktwinkel weiter, aber die Kontaktfläche zwischen Tropfen und Oberfläche bleibt konstant. Bei einem gegebenen Neigungswinkel der Oberfläche werden die vor- und zurückgehenden Kontaktwinkel eingehalten und der Tropfen bewegt sich auf der Oberfläche. In der Praxis kann die Messung durch Scherkräfte und Impuls beeinflusst werden, wenn die Neigungsgeschwindigkeit hoch ist. Die Messmethode kann in der Praxis auch für Systeme mit hoher (> 30 Grad) oder niedriger (<10 Grad) Kontaktwinkelhysterese eine Herausforderung darstellen.

Das Vorrücken und Zurücktreten von Kontaktwinkelmessungen kann durchgeführt werden, indem Flüssigkeit zu einem auf einer Oberfläche abgelagerten Tropfen hinzugefügt und daraus entfernt wird. Wenn einem Tropfen ein ausreichend kleines Flüssigkeitsvolumen zugesetzt wird, bleibt die Kontaktlinie immer noch fixiert und der Kontaktwinkel nimmt zu. In ähnlicher Weise nimmt der Kontaktwinkel ab, wenn eine kleine Menge Flüssigkeit aus einem Tropfen entfernt wird.

Die Youngsche Gleichung nimmt eine homogene Oberfläche an und berücksichtigt keine Oberflächentextur oder äußere Kräfte wie die Schwerkraft. Reale Oberflächen sind nicht atomar glatt oder chemisch homogen, so dass ein Tropfen eine Kontaktwinkelhysterese annimmt. Der Gleichgewichtskontaktwinkel (

${ displaystyle theta _ { mathrm {c}}}$

) kann berechnet werden aus

${ displaystyle theta _ { mathrm {A}}}$

und

${ displaystyle theta _ { mathrm {R}}}$

wie theoretisch von Tadmor gezeigt wurde^[7] und experimentell von Chibowski bestätigt^[8] wie,

${ displaystyle theta _ { mathrm {c}} = arccos left ({ frac {r _ { mathrm {A}} cos theta _ { mathrm {A}} + r _ { mathrm {R. }} cos theta _ { mathrm {R}}} {r _ { mathrm {A}} + r _ { mathrm {R}}}} right)}$

wo

${ displaystyle r _ { mathrm {A}} = left ({ frac { sin ^ {3} theta _ { mathrm {A}}} {2-3 cos theta _ { mathrm {A. }} + cos ^ {3} theta _ { mathrm {A}}}} right) ^ {1/3} ~; qquad r _ { mathrm {R}} = left ({ frac { sin ^ {3} theta _ { mathrm {R}}} {2-3 cos theta _ { mathrm {R}} + cos ^ {3} theta _ { mathrm {R}} }} right) ^ {1/3}}$

Auf einer Oberfläche, die rau oder kontaminiert ist, kommt es auch zu einer Kontaktwinkelhysterese, aber jetzt kann der lokale Gleichgewichtskontaktwinkel (die Young-Gleichung ist nur noch lokal gültig) von Ort zu Ort auf der Oberfläche variieren.^[9] Nach der Young-Dupré-Gleichung bedeutet dies, dass die Adhäsionsenergie lokal variiert – daher muss die Flüssigkeit lokale Energiebarrieren überwinden, um die Oberfläche zu benetzen. Eine Folge dieser Barrieren ist die Kontaktwinkelhysterese: Das Ausmaß der Benetzung und damit der beobachtete Kontaktwinkel (gemittelt entlang der Kontaktlinie) hängt davon ab, ob die Flüssigkeit auf der Oberfläche vorrückt oder zurücktritt.

Da sich die Flüssigkeit über eine zuvor trockene Oberfläche bewegt, sich jedoch von einer zuvor feuchten Oberfläche zurückzieht, kann eine Kontaktwinkelhysterese auch auftreten, wenn der Feststoff aufgrund seines vorherigen Kontakts mit der Flüssigkeit (z. B. durch eine chemische Reaktion oder Absorption) verändert wurde. Solche Änderungen können, wenn sie langsam sind, auch messbar zeitabhängige Kontaktwinkel erzeugen.

Einfluss der Rauheit auf Kontaktwinkel[edit]

Die Oberflächenrauheit hat einen starken Einfluss auf den Kontaktwinkel und die Benetzbarkeit einer Oberfläche. Der Effekt der Rauheit hängt davon ab, ob das Tröpfchen die Oberflächenrillen benetzt oder ob Lufteinschlüsse zwischen dem Tröpfchen und der Oberfläche verbleiben.^[10]

Wenn die Oberfläche homogen benetzt ist, befindet sich das Tröpfchen im Wenzel-Zustand.^[11] Im Wenzel-Zustand verbessert das Hinzufügen von Oberflächenrauheit die Benetzbarkeit, die durch die Chemie der Oberfläche verursacht wird. Die Wenzel-Korrelation kann wie folgt geschrieben werden

${ displaystyle cos ( theta _ {m}) = r cos ( theta _ {Y})}$

wo θ_m ist der gemessene Kontaktwinkel θ_Y. ist der Young-Kontaktwinkel und r ist das Rauheitsverhältnis. Das Rauheitsverhältnis ist definiert als das Verhältnis zwischen der tatsächlichen und der projizierten festen Oberfläche.

Wenn die Oberfläche heterogen benetzt ist, befindet sich das Tröpfchen im Cassie-Baxter-Zustand.^[12] Der stabilste Kontaktwinkel kann mit dem Young-Kontaktwinkel verbunden werden. Die aus den Wenzel- und Cassie-Baxter-Gleichungen berechneten Kontaktwinkel haben sich als gute Annäherungen an die stabilsten Kontaktwinkel mit realen Oberflächen erwiesen.^[13]

Dynamische Kontaktwinkel[edit]

Wenn sich Flüssigkeit schnell über eine Oberfläche bewegt, kann der Kontaktwinkel von seinem Wert in Ruhe geändert werden. Der fortschreitende Kontaktwinkel nimmt mit der Geschwindigkeit zu und der zurückgehende Kontaktwinkel nimmt ab. Die Abweichungen zwischen statischen und dynamischen Kontaktwinkeln sind eng proportional zur angegebenen Kapillarzahl

${ displaystyle Ca}$

.^[1]

Kontaktwinkelkrümmung[edit]

Anhand von Grenzflächenenergien kann das Profil eines Oberflächentröpfchens oder einer Flüssigkeitsbrücke zwischen zwei Oberflächen durch die Young-Laplace-Gleichung beschrieben werden.^[1] Diese Gleichung gilt für dreidimensionale achsensymmetrische Bedingungen und ist stark nichtlinear. Dies ist auf den mittleren Krümmungsterm zurückzuführen, der Produkte von Ableitungen erster und zweiter Ordnung der Tropfenformfunktion enthält

${ displaystyle f (x, y)}$

::

${ displaystyle kappa _ {m} = { frac {1} {2}} { frac {(1+ {f_ {x}} ^ {2}) f_ {yy} -2f_ {x} f_ {y } f_ {xy} + (1+ {f_ {y}} ^ {2}) f_ {xx}} {(1+ {f_ {x}} ^ {2} + {f_ {y}} ^ {2} ) ^ {3/2}}}.}$

Das Lösen dieser elliptischen partiellen Differentialgleichung, die die Form eines dreidimensionalen Tropfens in Verbindung mit geeigneten Randbedingungen regelt, ist kompliziert, und ein alternativer Ansatz zur Energieminimierung wird im Allgemeinen angewendet. Die Formen dreidimensionaler sitzender und hängender Tropfen wurden unter Verwendung dieser Energieminimierungsmethode erfolgreich vorhergesagt.^[14]

Typische Kontaktwinkel[edit]

Kontaktwinkel sind extrem kontaminationsempfindlich; Werte, die besser als einige Grad reproduzierbar sind, werden im Allgemeinen nur unter Laborbedingungen mit gereinigten Flüssigkeiten und sehr sauberen festen Oberflächen erhalten. Wenn die flüssigen Moleküle stark von den festen Molekülen angezogen werden, verteilt sich der Flüssigkeitstropfen vollständig auf der festen Oberfläche, was einem Kontaktwinkel von 0 ° entspricht. Dies ist häufig bei Wasser auf blanken Metall- oder Keramikoberflächen der Fall.^[15] obwohl das Vorhandensein einer Oxidschicht oder von Verunreinigungen auf der festen Oberfläche den Kontaktwinkel signifikant erhöhen kann. Wenn der Wasserkontaktwinkel kleiner als 90 ° ist, wird die feste Oberfläche im Allgemeinen als hydrophil angesehen^[16] und wenn der Wasserkontaktwinkel größer als 90 ° ist, wird die feste Oberfläche als hydrophob angesehen. Viele Polymere weisen hydrophobe Oberflächen auf. Stark hydrophobe Oberflächen aus Materialien mit niedriger Oberflächenenergie (z. B. fluoriert) können Wasserkontaktwinkel von bis zu 120 ° aufweisen.^[15] Einige Materialien mit sehr rauen Oberflächen können aufgrund des Vorhandenseins von Lufteinschlüssen unter dem Flüssigkeitstropfen einen Wasserkontaktwinkel von sogar mehr als 150 ° aufweisen. Diese werden als superhydrophobe Oberflächen bezeichnet.

Wenn der Kontaktwinkel durch das Gas anstatt durch die Flüssigkeit gemessen wird, sollte er durch 180 ° minus dem angegebenen Wert ersetzt werden. Kontaktwinkel gelten gleichermaßen für die Grenzfläche zweier Flüssigkeiten, obwohl sie häufiger in festen Produkten wie Antihaftpfannen und wasserdichten Geweben gemessen werden.

Kontrolle der Kontaktwinkel[edit]

Die Kontrolle des Benetzungskontaktwinkels kann häufig durch Ablagerung oder Einbau verschiedener organischer und anorganischer Moleküle auf die Oberfläche erreicht werden. Dies wird häufig durch die Verwendung von speziellen Silanchemikalien erreicht, die eine SAM-Schicht (selbstorganisierte Monoschichten) bilden können. Bei richtiger Auswahl der organischen Moleküle mit unterschiedlichen Molekülstrukturen und Mengen an Kohlenwasserstoffen und / oder perfluorierten Abschlüssen kann der Kontaktwinkel der Oberfläche eingestellt werden. Die Abscheidung dieser Spezialsilane^[17] kann in der Gasphase durch die Verwendung eines speziellen Vakuumofens oder eines Flüssigphasenverfahrens erreicht werden. Moleküle, die mehr perfluorierte Abschlüsse an die Oberfläche binden können, können zu einer Verringerung der Oberflächenenergie führen (hoher Wasserkontaktwinkel).

Einfluss von Oberflächenfluor auf den Kontaktwinkel	Wasserkontaktwinkel
Vorläufer	auf poliertem Silizium (Grad)
Henicosyl-1,1,2,2-tetrahydrododecyldimethyltris (dimethylaminosilan)	118,0
Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorsilan – (FDTS)	110.0
Nonafluor-1,1,2,2-tetrahydrohexyltris (dimethylamino) silan	110.0
3,3,3,4,4,5,5,6,6-Nonafluorhexyltrichlorsilan	108,0
Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorsilan – (FOTS)	108,0
BIS (Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) dimethylsiloxymethylchlorsilan	107,0
Dodecyltrichlorsilan – (DDTS)	105,0
Dimethyldichlorsilan – (DDMS)	103.0
10-Undecenyltrichlorsilan – (V11)	100,0
Pentafluorphenylpropyltrichlorsilan	90.0

Messmethoden[edit]

Die statische Sessile-Drop-Methode[edit]

Der Sessile-Drop-Kontaktwinkel wird mit einem Kontaktwinkel-Goniometer unter Verwendung eines optischen Subsystems gemessen, um das Profil einer reinen Flüssigkeit auf einem festen Substrat zu erfassen. Der Winkel zwischen der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Feststoff und der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Dampf ist der Kontaktwinkel. Ältere Systeme verwendeten ein optisches Mikroskopsystem mit Hintergrundbeleuchtung. Systeme der aktuellen Generation verwenden hochauflösende Kameras und Software, um den Kontaktwinkel zu erfassen und zu analysieren. Auf diese Weise gemessene Winkel sind oft sehr nahe an fortschreitenden Kontaktwinkeln. Gleichgewichtskontaktwinkel können durch Anwendung genau definierter Schwingungen erhalten werden.^[18]

Die Pendant-Drop-Methode[edit]

Das Messen von Kontaktwinkeln für hängende Tropfen ist aufgrund der inhärenten Instabilität von invertierten Tropfen viel komplizierter als für sitzende Tropfen. Diese Komplexität wird weiter verstärkt, wenn man versucht, die Oberfläche zu neigen. In jüngster Zeit wurde eine experimentelle Vorrichtung zum Messen von Kontaktwinkeln mit hängenden Tropfen auf geneigten Substraten entwickelt.^[19] Dieses Verfahren ermöglicht die Abscheidung mehrerer Mikrotropfen auf der Unterseite eines strukturierten Substrats, die mit einer hochauflösenden CCD-Kamera abgebildet werden können. Ein automatisiertes System ermöglicht das Kippen des Substrats und das Analysieren der Bilder zur Berechnung von vor- und zurückgehenden Kontaktwinkeln.

Die dynamische Sessile-Drop-Methode[edit]

Der dynamische Sessile-Tropfen ähnelt dem statischen Sessile-Tropfen, erfordert jedoch eine Änderung des Tropfens. Eine übliche Art der dynamischen sessilen Tropfenstudie bestimmt den größtmöglichen Kontaktwinkel, ohne die Fest-Flüssig-Grenzfläche durch dynamisches Hinzufügen von Volumen zu vergrößern. Dieser maximale Winkel ist der Vorschubwinkel. Das Volumen wird entfernt, um den kleinstmöglichen Winkel, den Rückzugswinkel, zu erzeugen. Der Unterschied zwischen dem Vorschub- und dem Rückzugswinkel ist die Kontaktwinkelhysterese.

Dynamische Wilhelmy-Methode[edit]

Eine Methode zur Berechnung des durchschnittlichen vor- und zurückgehenden Kontaktwinkels auf Festkörpern mit einheitlicher Geometrie. Beide Seiten des Festkörpers müssen die gleichen Eigenschaften haben. Die Benetzungskraft auf den Feststoff wird gemessen, wenn der Feststoff in eine Flüssigkeit mit bekannter Oberflächenspannung eingetaucht oder aus dieser entnommen wird. Auch in diesem Fall ist es möglich, den Gleichgewichtskontaktwinkel durch Anlegen einer sehr kontrollierten Vibration zu messen. Diese als VIECA bezeichnete Methode kann auf ganz einfache Weise auf jeder Wilhelmy-Waage implementiert werden.^[20]

Einzelfaser-Wilhelmy-Methode[edit]

Dynamische Wilhelmy-Methode, die auf einzelne Fasern angewendet wird, um vor- und zurückgehende Kontaktwinkel zu messen.

Einzelfaser-Meniskusmethode[edit]

Eine optische Variation der Einzelfaser-Wilhelmy-Methode. Anstatt mit einer Waage zu messen, wird die Form des Meniskus auf der Faser direkt mit einer hochauflösenden Kamera abgebildet. Die automatisierte Meniskusformanpassung kann dann direkt den statischen, vorrückenden oder zurückgehenden Kontaktwinkel auf der Faser messen.

Washburns Gleichung Kapillaranstiegsmethode[edit]

Im Falle eines porösen Materials wurden viele Fragen sowohl hinsichtlich der physikalischen Bedeutung des berechneten Porendurchmessers als auch der realen Möglichkeit aufgeworfen, diese Gleichung zur Berechnung des Kontaktwinkels des Festkörpers zu verwenden, selbst wenn diese Methode häufig von viel Software angeboten wird als konsolidiert.^{[21][clarification needed]} Die Gewichtsänderung als Funktion der Zeit wird gemessen.^[22]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Weiterführende Literatur[edit]

• Pierre-Gilles de Gennes, Françoise Brochard-Wyart, David Quéré, Kapillaritäts- und Benetzungsphänomene: Tropfen, Blasen, Perlen, WellenSpringer (2004)
• Jacob Israelachvili, Intermolekulare und Oberflächenkräfte, Academic Press (1985–2004)
• DW Van Krevelen, Eigenschaften von Polymeren, 2. überarbeitete Ausgabe, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam-Oxford-New York (1976)
• Yuan, Yuehua; Lee, T. Randall (2013). “Kontaktwinkel und Benetzungseigenschaften”. Oberflächenwissenschaftliche Techniken. Springer-Reihe in Oberflächenwissenschaften. 51. doi:10.1007 / 978-3-642-34243-1. ISBN 978-3-642-34242-4. ISSN 0931-5195.
• Clegg, Carl Kontaktwinkel leicht gemachtRamé-Hart (2013), ISBN 978-1-300-66298-3