oppervlaktesenergie

Oppervlaktesenergie is de hoeveelheid energie per eenheid oppervlakte die gepaard gaat met het bestaan van een grensvlak tussen twee fasen. Het is een fundamenteel thermodynamisch kenmerk van een materiaal. In de meest gebruikelijke formulering kan het worden gezien als de afgeleide van de vrije energie ten opzichte van het oppervlak: dU = gamma dA, waarbij gamma de oppervlaktesenergie per eenheid oppervlakte is (eenheid J/m^2). Voor vloeistoffen wordt dit fenomeen vaak samengevat onder de term oppervlakte spanning (gamma_lv); voor vaste stoffen spreekt men van de oppervlaktesenergie van het oppervlak van de vaste stof (gamma_s of gamma_sv). In vloeistoffen is gamma_lv vaak direct verbonden met de energieschaal van het vloeistofoppervlak, terwijl bij vaste stoffen de waarde anisotroop kan zijn en afhankelijk van kristallijne oriëntatie en chemische toestand.

De oppervlaktesenergie hangt af van temperatuur, chemische omgeving en de structuur van het oppervlak. Adsorptie van moleculen, oxidelaag, ruwheid en kristallijnorientatie beïnvloeden gamma. Metingen gebeuren meestal via nattingsexperimenten of contacthoekmetingen. Veelgebruikte methoden zijn sessiele druppelmetingen van de contacthoek, de Wilhelmy-plate methode en de du Noüy-ring methode, waarmee gamma_lv of afleidingen voor gamma_sv kunnen worden bepaald.

Toepassingen omvatten natting en adhesie, hechting van coatings en lijmen, kristalgroei, sintering en oppervlaktemodificatie. Een hoog oppervlaktesenergie bevordert natting en hechting, terwijl materialen met lage oppervlaktesenergie vaak hydrofober en minder natbaar zijn.