Kontaktvinkeln

Kontaktvinkeln är vinkeln mellan en fast yta och gränsen mellan en vätska och gasen vid kontaktlinjen där vätskan möter ytan. Den anger hur vätskan sprider sig över ytan: små vinklar innebär god våtbarhet, stora vinklar indikerar låg våtbarhet. Kontaktvinkeln används som ett mått på en ytas våtbarhet och hjälper till att beskriva hur vätskor interagerar med olika material.

Teorin byggs bland annat på Youngs ekvation: γ_sg - γ_sl = γ_lg cos θ. Här är γ_sg vätskans kontakt med ytan i gasfas, γ_sl vätska-yta, och γ_lg vätskans gräns mot gas. θ är den jämviktsvinkel som uppnås när alla krafter vid kontaktlinjen balanseras. Vid θ < 90° är ytan hydrophil, vid θ > 90° hydrophob. Verkliga ytor uppvisar ofta kontaktvinkelhysteri: skillnader mellan advancing (θ_A) och receding (θ_R) vinklar på grund av ytans heterogenitet och virvlar vid rörelse av vätskan.

På rugga eller heterogen yta beskriver modellerna Wenzel och Cassie–Baxter hur den uppmäta vinkeln förändras av ytråhet och poröshet. Wenzel-modellen säger att cos θ* = r cos θ, där r är ytråhetens multiplikation; Cassie–Baxter tar hänsyn till stöd av flera faser i kontakt med ytan.

Mätningar utförs vanligtvis med sessile drop-teknik i en goniometer, ofta kompletterad av metoder som Wilhelmy-plattan eller captive bubble. Faktorer som temperatur, renhet och ytförberedelse påverkar resultatet.

Användningar sträcker sig från bedömning av coatings och fogning till färg, bläcksprutning, adhesion och mikrofluidik. Kontaktvinkeln är central för att förstå och styra vätskors beteende på olika material ytor.