Kdy se mluví o SFE, kdy o povrchovém napětí?
Termíny SFE a povrchové napětí (SFT) jsou fyzikálně ekvivalentní. SFE se obvykle používá pro povrchy pevných látek a SFT pro povrchy kapalin. Příležitostně se však hovoří také o SFT pevných látek.
SFE má jednotku mJ/m2 (milijoule na metr čtvereční) jako energii na plochu, přičemž se často používá také ekvivalentní jednotka mN/m (milinewton na metr), která se běžně používá pro SFT. Symbol vzorce je σ (malá sigma), vzácněji γ (malá gama).
Slovo „volná“ naznačuje, že se jedná o část energie, kterou lze přeměnit na mechanickou práci, na rozdíl od vnitřní energie, která obsahuje také entropii související s teplem. V praxi se výraz „volná“ často vynechává.
Jaká je souvislost mezi SFE a smáčivostí?
Každý systém usiluje o stav volné energie, který je co nejnižší. Kapaliny proto zaujímají co nejmenší povrch při daném objemu díky SFT; ve stavu beztíže tvoří kulovité kapky. Pevná tělesa však nemohou minimalizovat svůj povrch deformací, ale mohou vytvořit rozhraní s kapalinou, aby snížily volnou energii, tj. mohou být smáčeny. Proto SFE pevné látky úzce souvisí s její smáčivostí.
Jak lze ovlivnit SFE?
Dobrá smáčivost a odpovídající vysoká SFE jsou vyžadovány například při lepení, nanášení povlaků nebo tisku. V jiných oblastech, jako je ochrana proti korozi a vlhkosti, musí být smáčivost snížena. Velké množství technických procesů připravuje pevné povrchy pro styk s kapalinami – většina z nich přímo nebo nepřímo mění SFE.
Zvýšení SFE má u plastových povrchů zásadní význam. Nejznámějšími metodami jsou úprava plazmou, plamenem a korónou, jakož i chemické procesy s oxidačními činidly. Průmyslové čištění odstraňuje nízkoenergetické znečištění tuky nebo oleji. Povrch pak vykazuje vyšší SFE.
Nízké SFE a odpovídající nízké smáčivosti se obvykle dosahuje nanášením nízkoenergetických látek. Příkladem je nádobí na vaření potažené PTFE nebo použití olejů na ochranu proti korozi.
Jak spolu souvisí SFE a kontaktní úhel?
Mírou smáčivosti je kontaktní úhel (CA) θ (malá theta), který se obvykle určuje opticky jako úhel v průsečíku obrysu kapky s rovinou povrchu (= základní linie). Podle Youngovy rovnice je CA výsledkem silové rovnováhy tří složek napětí nebo energie, z nichž každá usiluje o minimalizaci povrchu nebo rozhraní: