물 에 닿는 각 을 해제 하는 것: 작은 방울, 거대한 세계

우리 일상생활에서 우리는 종종 이와 같은 장면을 관찰합니다. 복숭아 잎에 있는 이슬방울은 순수한 진주처럼 흐르고, 물방울은 유리 표면에 펼쳐져 있는 필름으로 펼쳐집니다.그 뒤에 있는 것은 표면 과학에서 중요한 개념입니다.그것은 액체와 고체 표면의 상호 작용의 직관적인 표현일 뿐만 아니라 물질 표면의 수분성을 측정하는 핵심 메트릭입니다.

물의 접촉 각도는 얼마일까요?

물 접촉 각은 이름에서 알 수 있듯이 액체 (일반적으로 물), 가스, 고체의 방울이 평평하고 균일한 고체 표면에 교차하는 지점의 각입니다.그것은 액체-가스 인터페이스와 고체-액체 인터페이스의 접수선 사이의 각입니다., 보통 그리스 문자 θ로 표시됩니다.

이 간단한 각은 물질이 "수애성"인지 "수공성"인지 정의합니다.

θ < 90° 수소 친화적 인 표면. 물 방울은 확산되는 경향이 있으며, 고체 표면과 함께 좋은 수분성을 나타냅니다. 예를 들어: 유리, 깨끗한 금속 표면, 면 천.

극도로 수소 친화적: θ는 0°에 접근하여, 방울은 거의 완전히 평평화되어 얇은 물 필름을 형성합니다.

θ > 90°: 수소공적 표면**. 물방울은 구형으로 유지되고 쉽게 굴리는 경향이 있습니다. 예를 들어: 복숭아 잎, 백스 종이, 레인코트 코팅.

극도로 수소공성: θ > 150°, 종종 초수소공성 표면으로 불립니다. 물방울은 거의 완벽한 구를 형성하고, 매우 쉽게 굴러집니다.그리고 지표면에서 흙을 집어넣습니다. 이것은 유명한 "롯스 효과"입니다.. "

θ = 180°: 이론적으로 완전히 젖지 않는 상태이지만 실제로는 거의 존재하지 않습니다.

접촉 각도 는 왜 그렇게 중요 합니까?

접촉 각 은 이론적 개념 이 아니라 과학 연구 와 산업적 응용 에서 매우 중요한 역할 을 한다.

1· 표면 청결성 및 퇴색 방지: 초수소공성 표면 (고접 각도) 은 자체 청소가 가능합니다. 비가 떨어지면 먼지와 오염 물질을 흡수하고 제거합니다.이 원칙은 건물 외면 코팅에 적용됩니다., 자동차 유리 및 창문, 섬유 및 야외 의류.

2코팅 및 인쇄 산업: 인쇄, 스프레이 및 염색 과정에서 잉크 또는 코팅은 코팅의 균일성과 접착을 보장하기 위해 기판을 잘 습하게해야합니다.접촉 각도를 측정하면 이러한 프로세스를 최적화 할 수 있습니다..

3미세 유체학 및 바이오 칩: 마이크로 규모의 칩 채널에서 액체의 흐름은 완전히 표면 긴장에 의해 지배됩니다.서로 다른 영역에서 접촉 각도를 정확하게 조절하여, 과학자들은 전기회로를 설계하는 것처럼 액체의 방향, 혼합 및 분리를 조작할 수 있습니다.

4의료 및 바이오 재료: 인체에 이식 된 의료 기기의 표면 습성 (예: 인공 관절, 심혈관 스텐트) 은 중요합니다.수애적 인 표면 은 종종 세포 접착 및 조직 성장 을 촉진 한다일부 수소공적 표면은 단백질 흡수 및 혈액 응고에 저항 할 수 있습니다.

5새로운 에너지 및 반도체: 연료전지에서는 전극 표면의 접촉 각이 물 관리 효율성에 영향을 미칩니다. 반도체 제조의 리토그래피 과정에서,실리콘 웨이퍼에 있는 광 저항의 수분성이 직접 패턴 정밀성에 영향을 미친다..

접촉 각도는 어떻게 측정됩니까?

가장 일반적이고 고전적인 측정 방법은 세시일 드롭 방법입니다.

1정밀 마이크로 주사기를 사용하여 샘플 표면에 작고 안정적인 방울 (일반적으로 2 ~ 5 미크로 리터) 을 생성합니다.

2고해상도 카메라와 광원을 장착 한 접촉 각도 기니오미터는 방울의 측면 이미지를 캡처합니다.

3소프트웨어는 이미지를 분석하고, 고체-액체-가스 삼중점에 자동으로 접수를 맞추고, 각 값을 계산합니다.

보다 정확하고 포괄적 인 정보 를 위해, 진전 각과 후퇴 각을 측정 하는 경우도 있다. 그 사이의 차이 는 접촉 각 히스테레시스 (Contact Angle Hysteresis) 라고 한다.이는 표면 거칠성 및 화학적 이질성과 밀접한 관련이 있습니다..

물 을 넘어: 더 넓은 적용

"물 접촉 각"이라고 불리지만 측정 액체는 물에만 국한되지 않습니다. 응용 프로그램에 따라 다양한 액체 (예를 들어, 기름, 혈액,일렉트로라이트) 는 특정 액체에 대한 표면의 수분성을 평가하는 데 사용될 수 있습니다.이것은 윤활료, 화장품, 식품 산업과 같은 분야에도 똑같이 중요합니다.

결론

겉으로 보기에는 단순한 작은 물방울이 물질 표면에 누워 있으면 미세한 표면 특성을 이해하는 창이 됩니다.기초연구와 최첨단 기술을 연결합니다.자연의 기적적인 "롯스 효과"에서 첨단 기술 나노 칩에 이르기까지 그 가치는 어디에나 있습니다.그것은 우리에게 깊이 상기시켜줍니다. 많은 위대한 과학적 발견은 종종 우리 주변의 평범한 현상에 대한 신중한 관찰과 깊은 생각으로 시작됩니다..