Grenseflateenergi

Grenseflateenergi er energien per enhet areal av grenseflaten mellom to faser. Den beskriver kostnaden ved å opprette eller utvide en grenseflate mellom materialer, og den måles ofte i joule per kvadratmeter (J/m^2). I væske-væske eller væske-gass grenser betegnes den ofte som interfacial spenning, med symboler som γ12 eller γ12/ilg, avhengig av fasene. I faste systemer omtales tilsvarende størrelse som overflatespenning eller grenseflateenergi, og den påvirkes av krystallstruktur, orientering og temperatur.

Grenseflateenergi har betydning for våtning og formdannelse. I væske-væske eller væske-gass systemer bestemmer grenseflateenergien dråpeform og kontaktvinkel gjennom Youngs ligning, som uttrykker forholdet mellom de ulike grenseflateenergiene og vinkelen θ mellom væsken og det faste underlaget: γ_sv = γ_sl + γ_lv cos θ (eller equivalenten cos θ = (γ_sv − γ_sl)/γ_lv). Anisotropi i faste materialer gjør at grenseflateenergien kan variere med krystallretning, noe som påvirker fasetrinn, ytre form og vekstmønstre.

Måling og beregning av grenseflateenergi skjer både eksperimentelt og teoretisk. Vanlige metoder inkluderer sessile drop og Wilhelmy plate for væske-relaterte grenseflater, samt avanserte teknikker for faste materialer. Beregninger bruker ofte teoretiske modeller, kvante- eller molekylære simuleringer, og tilnærminger som Wulff-konstruksjon for anisotropi.

Grenseflateenergi er sentral i områder som våtning, adhesjon, hud- og coatingteknologi, kjernefysikk og materialvitenskap, der den styrer grenseflater, grensestruktur og mekaniske egenskaper.