Určování povrchových energií pevných látek



•           SEE Systém

•           Co je to povrchová energie

•           Jak ji určujeme

•           Některé modely

•           Chyby

•           Experimentální zařízení

•           Využití této diagnostické metody



                                     Surface Energy Evaluation
                                              System

                                    Co je to povrchová energie?

-Povrchové napětí (kapaliny)

-Povrchová energie (pevné látky)

Definice:

Označení------ g



Práce W nutná pro vytvoření jednotky plochyDA



Celkovou Helmholtzovu volnou energii F[tot] systému lze psát





F[a] je Helmholtzova volná energie odpovídající 1 atomu, N je počet atomů  v objemu material ,
F[surf] je Helmholtzova volná energie odpovídající jednotce plochy.





                                         Zismanova metoda



Úpravou Zismanovy a Young Dupreho rovnice dostaneme:



                                      Modely založené na bázi
                                          stavové rovnice



Berthold předpokládal následující závislost:



Ward a Neuman termodynamicky prokázali existenci stavové rovnice.



Kwok a Neuman navrhli následující stavovovou rovnici:

                                         Fowkesova teorie

     Je základem pro všechny moderní modely, bere v úvahu všechny síly které působí mezi kapalinou
a pevnou látkou.





Slabší vazebné interakce

-Van der Waalsovy síly

-vodíkový můstek



Van der Waalsovy síly

-coulombovské síly–u takových atomových útvarů které již mají permanentní dipól (Kesonův
efekt)(H[2]O, NH[3], SO[2])

-indukční síly-molekuly s permanentním dipólem vyvolávají deformaci el. obalu a vznik indukovaného
dipólu (Debyeův efekt) (F[2],Cl[2], ethan, butadien apod.)

-disperzní síly-kladné náboje jader atomů nejsou úplně elektrostaticky odstíněny vlastními
elektrony-působí proto na elektrony všech molekul (Londonův efekt)

                                     Owens and Wendtova teorie

Rozšíření Fowkesovy teorie, kde interakční energie disperzních sil je vyjádřena jako  geometrický
střed polárních a disperzních komponent kapaliny a pevné látky:



                                     Owens and Wendtova teorie

Rozšíření Fowkesovy teorie, kde interakční energie disperzních sil je vyjádřena jako  geometrický
střed polárních a disperzních komponent kapaliny a pevné látky:

                                           Wuova teorie

Wu odvodil metodu kombinující harmoniký a geometrický průměr:

                                         Acid-base teorie

Předpokládá, že celková pov.en. g je složena z Lifshitz-Van der Waalsovy- LW a acid-base AB
komponenty.



Regresní acid -base

                                      Měření kontaktního úhlu

Metoda založená na sledování tvaru kapky testovací kapaliny usazené na povrch vzorku

                                        Testovací kapaliny

-Nesmí reagovat s testovaným materiálem

-Musí mít známé a stálé parametry

-Neměly by být toxické

-Povrchové napětí kapalin musí být vyšší než povrchová energie pevných látek

-Nesmí se rychle vypařovat



                                           Chyby měření

Náhodné chyby:

-Špatně usazená kapka

-Špatný fit profilu kapky

-Nehomogenita vzorku



Systematické chyby:

-Sejmutí profilu před dosažením termodynamické rovnováhy

-Špatně volená velikost kapky

-Nehomogenity v materiálu

-Kontaminace měřících kapalin

-Reakce kapalin se substrátem

-Drsnost povrchu

                                          Drsnost vzorku

Wenzel:



                                          Použití metody

-Charakterizace povrchů

   -před lepením nebo potiskem PL

   -po plazmové úpravě

   -pájení (kontaktní úhly pájky a pájené součásti)

   -apod.

                                        Děkuji za pozornost