Mikor beszélünk SFE-ről, mikor felületi feszültségről?
Az SFE és a felületi feszültség (SFT) kifejezések fizikailag egyenértékűek. Az SFE-t általában szilárd felületekre, az SFT-t pedig folyadékfelületekre használják. Alkalmanként azonban a szilárd anyag SFT-jét is említik.
Az SFE-nek az mJ/m2 (millijoule per négyzetméter) az egy területre jutó energia egysége, amivel gyakran használják az ezzel egyenértékű mN/m (millinewton per méter) egységet is, amelyet az SFT-re szoktak használni. A képlet jele σ (kis szigma), ritkábban γ (kis gamma).
A “szabad” szó arra utal, hogy ez az energia mechanikai munkává alakítható része, szemben a belső energiával, amely tartalmazza a hővel kapcsolatos entrópiát is. A gyakorlatban a “szabad” kifejezést gyakran elhagyják.
Milyen összefüggés van az SFE és a nedvesíthetőség között?
Minden rendszer törekszik a szabad energia minél alacsonyabb állapotára. A folyadékok ezért az SFT miatt adott térfogat mellett a lehető legkisebb felületet foglalják el; súlytalanságban gömb alakú cseppeket alkotnak. A szilárd testek azonban nem tudják deformációval minimalizálni a felületüket, de a szabad energia csökkentése érdekében határfelületet képezhetnek egy folyadékkal, azaz nedvesedhetnek. Ezért egy szilárd anyag SFE-je szorosan összefügg a nedvesíthetőségével.
Hogyan befolyásolható az SFE?
A jó nedvesíthetőségre és ennek megfelelően magas SFE-re van szükség például ragasztás, bevonatolás vagy nyomtatás esetén. Más területeken, például korrózió- és nedvességvédelemnél a nedvesíthetőséget csökkenteni kell. Számos műszaki eljárás készíti elő a szilárd felületeket a folyadékokkal való érintkezésre – ezek többsége közvetlenül vagy közvetve megváltoztatja az SFE-t.
A műanyag felületek esetében az SFE növelése központi jelentőségű. A legismertebb módszerek a plazma-, láng- és koronakezelés, valamint az oxidálószerekkel végzett kémiai eljárások. Az ipari tisztítás a zsírok vagy olajok által okozott alacsony energiájú szennyeződéseket távolítja el. A felület ekkor magasabb SFE-t mutat.
Az alacsony SFE-t és az ennek megfelelő alacsony nedvesedést általában alacsony energiájú anyagokkal történő bevonással érik el. Ilyen például a PTFE-vel bevont főzőedények vagy a korrózióvédelemre használt olajok.
Hogyan függ össze az SFE és az érintkezési szög?
A nedvesíthetőség mértéke a θ (kis théta) érintkezési szög (CA), amelyet általában optikai úton határoznak meg, mint a csepp kontúrjának és a felület síkjának (= alapvonal) metszéspontjában lévő szöget. A Young-egyenlet szerint a CA három feszültség- vagy energiakomponens erőegyensúlyából adódik, amelyek mindegyike a felület vagy a határfelület minimalizálására törekszik: