När talar man om SFE och när talar man om ytspänning?
Termerna SFE och ytspänning (SFT) är fysiskt likvärdiga. SFE används vanligtvis för fasta ytor och SFT för flytande ytor. Ibland talas det dock också om SFT för ett fast ämne.
SFE har enheten mJ/m2 (millijoule per kvadratmeter) som energi per yta, varvid den motsvarande enheten mN/m (millinewton per meter), som vanligen används för SFT, också ofta används. Formelsymbolen är σ (liten sigma), mer sällan γ (liten gamma).
Värdet ”fri” anger att detta är den del av energin som kan omvandlas till mekaniskt arbete, till skillnad från den inre energin, som också innehåller den värmerelaterade entropin. I praktiken utelämnas ofta termen ”fri”.
Vad är sambandet mellan SFE och vätbarhet?
Varje system strävar efter ett tillstånd av fri energi som är så lågt som möjligt. Vätskor tar därför minsta möjliga yta vid en given volym på grund av SFT; i tyngdlöshet bildar de sfäriska droppar. Fasta ämnen kan dock inte minimera sin yta genom deformation, men de kan bilda ett gränssnitt med en vätska för att minska den fria energin, dvs. de kan fuktas. Därför är SFE för en fast substans nära relaterad till dess vätbarhet.
Hur kan SFE påverkas?
God vätbarhet och en motsvarande hög SFE krävs t.ex. vid limning, beläggning eller tryckning. På andra områden, till exempel vid korrosions- och fuktskydd, måste vätbarheten minskas. Ett stort antal tekniska processer förbereder fasta ytor för kontakt med vätskor – de flesta av dem förändrar direkt eller indirekt SFE.
Förbättring av SFE är av central betydelse för plastytor. De mest kända metoderna är plasma-, flam- och koronabehandling samt kemiska processer med oxidationsmedel. Industriell rengöring avlägsnar lågenergiföroreningar av fetter eller oljor. Ytan uppvisar då en högre SFE.
En låg SFE och motsvarande låg vätning uppnås vanligen genom beläggning med lågenergiska ämnen. Exempel är PTFE-belagda köksredskap eller användning av oljor som korrosionsskydd.
Hur hänger SFE och kontaktvinkel ihop?
Måttet på vätbarhet är kontaktvinkeln (CA) θ (litet theta), som vanligen bestäms optiskt som vinkeln i skärningspunkten mellan droppens kontur och ytans plan (= baslinjen). Enligt Youngs ekvation är CA ett resultat av en styrkejämvikt mellan tre spännings- eller energikomponenter som var och en strävar efter att minimera ytan eller gränssnittet: