水 の 接触 角 を 解明 する: 小さな 滴,広大 な 世界

日常生活では このような場面をよく目にします 蓮の葉の露の滴は 円筒印章のように透明で 水滴はガラスの表面に広がって 薄膜になります表面科学における重要な概念の背後にあるのは 水接触角 (WCA) です液体と固体表面の相互作用の直感的な表れだけでなく,材料の表面の湿度を測定するためのコアメトリックでもあります.

水と接触する角は?

水接触角は,その名前の通り,液体 (通常水),ガス,固体の滴が平坦で均質な固体表面で交差する点の角です.液体ガスインターフェースと固体液体インターフェースの触角線との間の角ですギリシャ文字 θ で表される.

この単純な角度によって 材料が"水友性"か"水恐怖性"を定義します

θ < 90° 水素性のある表面.水滴は広がる傾向があり,固体表面と良好な湿度を示します.例:ガラス,クリーンな金属表面,綿布.

非常に水利性: θ が 0° に接近すると,滴滴はほぼ完全に平坦化し,薄い水膜を形成する.

θ > 90°:水害性の高い表面**.水滴は球状のまま,簡単に転がり落ちる傾向がある.例:蓮葉,ワックス紙,レインコートコーティング.

極度に水害性: θ > 150°,しばしば超水害性表面と呼ばれます.水滴はほぼ完全な球体を形成し,非常に簡単に転がります.表面から汚れを拾い上げます これは有名な"蓮の効果"です. "

θ = 180°: 理論的には完全に濡れない状態で,実際にはほとんど存在しない.

接触 の 角度 は なぜ 重要 です か

接触角は 理論的な概念以上のもので 科学研究や産業用応用において 重要な役割を果たしています

1表面の清潔さと汚れ防止:超水害性の表面 (接触角度が高い) は自己清潔である.雨滴が滑り落ちると,塵と汚染物質を吸収し,運び去ります.この原則は,建物の外面コーティングに適用されます.自動車用ガラスと窓,繊維,屋外服.

2コーティングおよび印刷産業: 印刷,噴霧,染料のプロセスでは,インクまたはコーティングはコーティングの均一性と粘着性を確保するために基板をよく濡らする必要があります.接触角を測定することで,これらのプロセスを最適化できます.

3マイクロ流体学とバイオチップ: マイクロスケールチップチャネルでは,液体の流れは表面張力によって完全に支配される.異なる領域で接触角 (水素性または水素性) を正確に制御することによって電気回路の設計のように 液体の方向,混合,分離を操作できます

4医療および生物材料:人体内に埋め込まれた医療機器 (例えば人工関節,心血管ステント) の表面の水浸し性は極めて重要です.水素 に 敏感 な 表面 は,しばしば 細胞 の 粘着 と 組織 の 成長 を 促進 するタンパク質の吸収や血凝固に抵抗する可能性があります.

5新エネルギーと半導体:燃料電池では,電極表面の接触角が水処理効率に影響します.半導体製造のリトグラフィープロセスでは,電極表面の接触角は,電極表面の接触角が水処理効率に影響します.シリコンウエファー上の光抵抗の湿度が 直接パターン精度に影響します.

接触角はどのように測定されますか?

最も一般的で古典的な測定方法は,セシールドロップ方法である.

1精密マイクロ注射器を使用して,サンプル表面に小さく安定した滴滴 (通常2〜5マイクロリットル) を生成します.

2高解像度のカメラと光源を装備した接触角ゴニオメーターは,小滴の横の画像を撮影します.

3ソフトウェアは画像を分析し 固体-液体-ガス三重点に触角を自動に調整し 角値を計算します

より正確で包括的な情報のために,前進角と後退角を測定することがあります.それらの間の差は,接触角ヒステレシスと呼ばれます.表面の荒さと化学的異質性と密接に関連している.

水 の 範囲 を 超える より 広い 応用

測定した液体は水に限定されていません. 用途に応じて,様々な液体 (例えば,油,血液,特定の液体に対する表面の湿気性を評価するために使用できます.潤滑剤,化粧品,食品産業などにも重要です

結論

表面に小さな水滴が落ちると 表面の微小な性質を 把握できる窓になります基礎研究と最先端技術をつなぐ自然界の奇跡的な"蓮の効果"から ハイテクナノチップまで その価値は至る所にあります科学の発見は 周りの日常的な現象を 注意深く観察し 深く考えることから始まります.