Surface free energy (SFE), surface energy

When do one speak of SFE, when of surface tension?

SFE と表面張力(SFT)は物理的に同じ意味である。 通常、固体表面にはSFEを、液体表面にはSFTを用います。 SFEは面積あたりのエネルギーとしてmJ/m2(ミリジュール/平方メートル)の単位を持ち、SFTはこれに相当するmN/m(ミリニュートン/メートル)の単位がよく使われる。 式記号はσ(スモールシグマ)、まれにγ(スモールガンマ)。

「フリー」という言葉は、熱によるエントロピーも含む内部エネルギーに対して、機械的仕事に変換できるエネルギーの部分であることを示す。 実際には「フリー」という言葉は省略されることが多い。

SFEと濡れ性の関係は?

あらゆるシステムは自由エネルギーをできるだけ小さくした状態を目指している。 そのため、液体はSFTにより与えられた体積で可能な限り小さな表面積をとり、無重量下では球状の液滴を形成する。 しかし、固体は変形して表面を最小にすることはできないが、液体と界面を形成して自由エネルギーを小さくする、つまり濡らすことは可能である。

SFEはどのように影響されるのですか?

たとえば接着、コーティング、印刷などでは、良好な濡れ性とそれに応じて高いSFEが要求されます。 一方、腐食や防湿などの分野では、濡れ性を低くする必要があります。 多くの技術的プロセスが固体表面を液体と接触させるために準備されていますが、そのほとんどが直接または間接的に SFE を変化させます。 最もよく知られている方法は、プラズマ、炎、コロナ処理、および酸化剤による化学処理である。 工業用洗浄では、油脂による低エネルギーの汚染を除去する。

低いSFEとそれに対応する低い濡れ性は、通常、低エネルギー物質でコーティングすることによって達成されます。

SFEと接触角はどのように関係しているのか?

濡れ性の指標は接触角(CA)θ(スモールシータ)で、これは通常、液滴の輪郭と表面の平面との交差角(=ベースライン)として光学的に決定されます。 ヤングの方程式によれば、CAは3つの張力またはエネルギー成分の力平衡から生じ、各成分は表面または界面を最小化しようとする。

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