Pinnanenergian

Pinnanenergian käsite kuvaa energian osuutta, joka liittyy aineen pinnan muodostumiseen ja pinnan ominaisuuksien muuttumiseen. Se on energia per pinta-ala, ja sen yksikkö on joule per neliömetri (J/m²). Käytännössä kyse on siitä, kuinka paljon työtä vaaditaan lisätä tai muuttaa pinnan pinta-alaa. Nesteissä tätä suuretta kutsutaan yleisesti pintajännitykseksi (symboli γ), joka kuvaa energian tarvetta lisätä nesteen pintaa yhdellä neliömetrin.

Pinnanenergian arvo riippuu aineesta, puhtaudesta, lämpötilasta ja pinnan koostumuksesta. Kiinteille aineille ja kalvorakenteille käytetään samankaltaista käsitettä, mutta mittaustavat ja konteksti voivat poiketa nesteistä. Kun pinta-alaa lisätään, esimerkiksi hionnalla tai materiaalin ruiskuttamisella, tarvittava työ voidaan arvioida likimäärin W ≈ γΔA. Yleensä suure nähdään joko pinnajännityksen tai pinnan energian nimellä riippuen järjestelmästä.

Pinnanenergia vaikuttaa moniin ilmiöihin, kuten märkyyteen, kappaleiden asettumiseen pintaan, kapillaariseen nousuun ja kapseloinnin kalvoihin. Se liittyy läheisesti kosketuskulmaan, jota kuvaa Youngin yhtälö: γsv = γsl + γlv cos θ, missä γlv on nesteen ja ilman välinen pintajännitys, γsv nesteen ja kiinteän välisen pinnan energia, γsl nesteen ja kiinteän välisen pinnan energia sekä θ kosketuskulma. Pinnanenergiaa voidaan mitata useilla menetelmillä, kuten Wilhelmy-levymenetelmällä tai pudotemallitavoitteilla.

Sovelluksissa pinnanenergia on keskeinen tekijä maalauksissa, pinnoitteissa, nanomateriaaleissa ja neste-kiinteä-rajapinnoissa, joissa kontrolloidaan märkyyttä, adheesiota ja kestävyyttä.