kontaktvinklar

Kontaktvinkel, eller kontaktvinklar, är mått på hur vätska våtar en fast yta. Den definieras som vinkeln mellan vätskans gränsytas fasgräns och den fasta ytan vid trefasgränsen mellan fast ämne, vätska och gas när vätskan ligger i jämvikt mot ytan. En låg kontaktvinkel indikerar god våtning och spridning av vätskan över ytan, medan en hög vinkel innebär dålig våtning.

Teori och betydelse: Youngs ekvation beskriver sambandet mellan ytors spänningar och kontakten vid gränsen: gamma_SV = gamma_SL + gamma_LV cos theta, där theta är den statiska kontaktvinkeln. Den speglar hur starkt ytan gynnar att vätskan sprids över den. Ytors energi, kemisk sammansättning och ytråhet påverkar theta och därmed våtbarheten.

Dynamik och hysteresis: Förändringar i betingelserna gör att man skiljer mellan advancing (theta_A) och receding (theta_R) kontaktvinklar. Skillnaden kallas hysteresis och uppkommer främst på grund av ytråhet, ytkontaminering eller heterogenitet på ytan.

Mätmetoder: Den vanligaste metoden är sessile drop-goniometri, där en droppe vätska placeras på ytan och yngelfälten avbildas för att beräkna vinkeln. Andra metoder inkluderar Wilhelmy-platta och captive bubble. Dynamiska tekniker används för att studera advancing/receding vinklar och tidsberoende våtbarhet.

Faktorer och tillämpningar: Kontaktvinkeln påverkas av ytförberedelse, temperatur, fukt, föroreningar och ytråhet. Den används i coatings och tryckning, läkemedelsformuleringar, mikrofluidik, geoteknik och ytbeteende hos solpaneler och medicinska ytor.

Exempelvärden: vatten på rent glas ger ofta 0–30°, vatten på PTFE (teflon) omkring 110–115°. Dessa värden illustrerar hur olika ytors energi formar våtbarheten.