Методы определения поверхностных натяжений твердых тел( метод Цисманна). Ограничения метода

Есть несколько других общих методов, описанных в литературе для измерения поверхностного натяжения жидкостей. Тем не менее, измерение поверхностного натяжения не может быть прямо измерено, когда речь идет о твердых поверхностях. Прямые измерения поверхностного натяжения на твердых телах в основном сделаны вблизи точки плавления. Однако, это свойства при пониженных температурах, что, главным образом, касается исследования адгезивных веществ. Поэтому поверхностные энергии твердых тел, как правило, косвенно оценивается через контактные методы измерения угла. В контактных угловых измерениях капля жидкости помещается на поверхность твердого тела. Предполагается, что жидкость не реагирует с твердым телом и что твердая поверхность является идеально гладкой и жесткой. Капле дают течь и стать в равновесие с поверхностью. Измерение угла контакта, (ϴ), как правило, делается с помощью гониометра, представляющий собой транспортир, установленный внутри телескопа. Угол, созданный каплей на поверхности тщательно измеряется. Схема измерения угла контакта показана на рисунке 2.Рисунок 2. Схематическая диаграмма контактного угла с поверхностью.Довольно простой метод оценки поверхностной энергии твердых тел был разработан  Зисманном [10]. Зисман предположил, что критическое поверхностное натяжение γс(σкр)можно вычислить путем измерения контактного угла ряда жидкостей с известными поверхностными натяжениями на интересующей поверхности. Эти углы смачивания нанесены в виде функции γLVиспытуемой жидкости.Критическое поверхностное натяжение определяется как пересечение горизонтальной линии, соsϴ = 1, с экстраполированным линейным участком соsϴ против γLV, как показано на рисунке 3. Это пересечение является точкой, где контактный угол составляет 0 градусов. Гипотетическая исследуемая жидкость, имеющая это значениеγLV ,просто бы растеклась на подложке [10].Рисунок 3. График Зисманна для низкоэнергетической поверхности полиэтилена с серией жидкостей, используемых Зисманном.Значение поверхностного натяжения для большинства неорганических твердых веществ составляет порядка сотен или тысяч МДж/м2, и для полимеров это, по крайней мере на порядок меньше. Органические жидкости имеют поверхностное натяжение, которое находится в аналогичном диапазоне величин для твердых полимеров. В самом деле, эпоксидная композиция будет иметь приблизительно то же поверхностное натяжение в отвержденном состоянии, как и в неотвержденном или жидком состоянии [10].Как правило, эти условиявыполняются только ля низкоэнергетических субстратов, а для высокоэнергетических они не приемлемы.Вещества с поверхностной энергией менее 0,1 Н/м (низкоэнергетические) и вещества с поверхностной энергией более 0,2 Н/м (высокоэнергетические). К первым относятся органические материалы и полимеры, ко вторым – стекло, минералы, металлы и т.д.Поэтому для последних данный метод использовать неприемлимо. ЗаключениеОдной из главных целей данной работы было показать, что поверхностное натяжение твердых тел можно с допустимой точностью определить на основе универсальных соотношений:где А0 - измеряемая физическая величина образца (электрическая, магнитная и т.д.).Поверхностные явления происходят в любой гетерогенной системе, состоящей из двух или нескольких фаз. По существу весь материальный мир является гетерогенным. Как гомогенные можно рассматривать системы лишь в ограниченных объёмах пространства. Поэтому роль поверхностных явлений в природных и технологических процессах чрезвычайно велика.Измерение поверхностного натяжения играет важную роль при контроле технологических процессов изделий металлургии, полимерного производства, радиоэлектронной и других отраслей промышленности. В зависимости от характеристики поверхности расплава зависит текучесть, полнота заполнения литейных форм, отвод газов и, в итоге, качество отливки. В радиоэлектронной промышленности качество паяных соединений напрямую зависит от адгезии припоев к соединяемым деталям, а значит, от поверхностного натяжения этих припоев.В связи с этим, определение поверхностного натяжения различных веществ в твердофазном состоянии играет важную практическую роль.Список литературыЮров В.М. Поверхностное натяжение и свойства люминофоров. Вестник Карагандинского государственного университета. Серия Физика 2011 №02 .Юров В.М., Портнов В.С., Ибраев Н.Х., Гученко С.А. ; Поверхностное натяжение твердых тел, малых частиц и тонких пленок// Успехи современного естествознания. – 2011. – № 11 . – стр. 55-58Юров В.М, Портнов В.С, Ибраев Н.Х, Гученко С.А. Новые методы исследования поверхностных состояний твердых тел и наноструктур.Вестник Карагандинского государственного университета. Серия Физика 2010№04. А.К. Турсунбаева, А.Д. Маусымбаева, В.С. Портнов, В.М. ЮровТермодинамика дробления руды при кучном выщелачивании металлов.Карагандинский государственный университет им. Е. Букетова, г. Караганда, 2010.Русанов А.И. Удивительный мир наноструктур.Журнал общей химии 2002, т.72, вып. 4, 18 с. Nichole Nadermann, Chung-Yuen Huib andAnandJagota.Solid surface tension measured by a liquid drop undera solid film.Department of Chemical Engineering and Bioengineering Program, Lehigh University, Bethlehem, PA, 2013Lisa Y. Chen, Gunther Richter, John P. Sullivan, and Daniel S. LatticeAnharmonicity in Defect-Free PdNanowhiskers, University of Pennsylvania, Philadelphia,2012JaroslawDrelich J., Garth W. Tormoen G.W., Elvin R., Beach E.R. Determination of solid surface tension from particle-substrate pull-off forces measured with the atomic force microscope. Journal of Colloid and Interface Science. 2004. V. 280. №2. P. 484-497.Surface Free Energy Determination by Contact Angle Measurements – A Comparison of Various Approaches F. Hejda, P. Solaˇr, J. Kousal. WDS'10 Proceedings of Contributed Papers, Part III, 25–30, 2010.KonradKabza, Jason E. Gestwicki, and Jessica L. McGrath. Contact Angle Goniometry as a Tool for Surface Tension. Measurements of Solids, Using Zisman Plot Method. Department of Chemistry, SUNY at Fredonia, Fredonia, NY. Journal of Chemical Education • Vol. 77 No. 1 January 2000.