습윤의 습윤 과정

습윤(wetting)

1 정의: 습윤은 일반적으로 액체가 고체 표면에 달라붙는 현상을 말합니다.

고체 표면에서 한 유체가 다른 유체로 대체되는 과정입니다.

습윤에는 습윤, 담금, 확산의 세 가지 유형이 있습니다. 습윤은 액체-기체 계면에서 고체-기체 계면을 고체-액체 계면으로 바꾸는 과정입니다.

습윤 및 접착 조건: △GA=γSL-γSG-γLGlt 0

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WA=γSG-γSL γLG≥0

여기서: γSG, γSL 및 γLG는 각각 기체-고체, 액체-고체 및 기체-액체 인터페이스의 표면 장력입니다.

액체에서 고체로의 습윤 능력은 접착 작업으로 표현될 수 있습니다. 접착 작업은 습윤 과정 동안 단위 표면 시스템의 자유 에너지 감소를 나타냅니다. 일반적으로 다음 공식으로 표현됩니다.

Wa=(γSG γLG)-γSL

공식에서 Wa는 접착 작업이고, γSG는 고체-기체 계면 자유 에너지입니다. 는 액체 표면 자유 에너지입니다. 에너지는 표면 장력입니다. γSL은 고체-액체 계면의 계면 자유 에너지입니다. Wa 값이 클수록 고체-액체 계면 결합이 강해집니다. 따라서 Wa는 계면에서 고체-액체 2상 분자 사이의 상호 작용의 크기를 나타냅니다. 열역학에 따르면 등온 및 등압 조건에서 Wa≥0의 과정은 자연 과정의 방향이며 점성-습윤 과정이 자발적으로 진행되는 조건입니다.

실제 응용에서는 γSG와 γSL을 직접 측정하기 어렵기 때문에 고체 표면에 있는 액체의 접촉각 θ를 측정해야만 얻을 수 있는 Wa를 직접 측정하기가 어렵습니다. Young의 습윤 방정식을 사용하여 다음 공식을 얻습니다.

Wa=γLG(1 cosθ)

Wa는 γLG 및 θ 값에서 얻을 수 있습니다. 이 공식을 보면 접촉각 θlt;180°이면 Wagt;0이라는 것을 알 수 있습니다. 따라서 θ를 사용하여 젖음을 판단할 수 있습니다. 고체가 액체에 잠겨 고체 표면의 모든 기체가 액체로 대체되는 과정을 습윤이라고 합니다.

습윤 발생 조건 : △Gi=γSL-γSG≤0

Wi=γSG-γSL≥0(Wi:습윤작업)

을 참조한다. 고체가 액체에 잠기는 과정은 고체-기체 계면이 고체-액체 계면으로 바뀌는 과정으로, 이 과정에서 액체 표면은 변하지 않습니다. 습윤 능력은 접착 장력이라고도 알려진 습윤 작업으로 표현됩니다. 이는 고체 표면의 기체를 대체하는 액체의 능력을 반영합니다. 확산 작용에서는 액체의 능력에 대해 생성되는 확산력입니다. 표면을 수축시킵니다. 습윤 계산을 위한 기본 공식은 다음과 같습니다. A=Wi=γSG-γSL

여기서 A는 접착 장력이고 Wi는 습윤 작업입니다. 습윤 작업은 Young의 습윤 방정식 Wi=γLGcosθ를 사용하여 얻을 수 있습니다.

이 공식을 통해 액체의 표면 장력과 고체 표면의 액체 접촉각을 알 수 있습니다. , 액체의 습윤 작업 또는 접착 장력을 얻을 수 있습니다. 접촉각 θ ≤ 90°이면 습윤 과정이 자연스럽게 진행될 수 있습니다. 확산이란 고체-기체 인터페이스를 고체-액체 인터페이스로 교체하는 과정을 의미합니다.

고체-액체 인터페이스가 고체-기체 인터페이스를 대체하는 동시에 액체 표면도 팽창합니다.

확산이 일어나는 조건은 △GS=γSL γLG-γSG≤0

S=γSG-γSL-γLG≥0 (S: 살포작업)

액체가 고체 표면에 물방울을 형성하여 아래 그림과 같이 물방울을 형성한다고 가정합니다.

기체, 액체, 고체의 세 가지 상이 만나는 지점에서 평형에 도달하면 기체-액체 경계면과 고체-액체 경계면 사이의 각도를 접촉각이라고 하며 θ로 표시합니다. 이는 실제로 액체의 표면 장력과 액체-고체 계면 장력 사이의 각도입니다. 접촉각의 크기는 기체, 액체 및 고체상의 접합부에서 세 가지 계면 장력의 상대적인 크기에 따라 결정됩니다. 액체가 고체를 적시는 정도는 접촉각 값으로 알 수 있습니다.

, 가 평형에 도달하면 다음 관계가 성립됩니다.

γSG-γSL=γLG cosθ

위 방정식을 Young 방정식이라고 합니다.

Yang의 방정식으로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있습니다:

(1) (γSG-γSL)=γLG이면 cosθ=1, θ=0°입니다. 이는 완전 습윤의 경우이며 모세관 액체 표면은 오목하고 반구형이며 이 범주에 속합니다. (γSG-γSL) gt; γLG이면

θ=0까지 평형에 도달하지 않았으므로 Young의 방정식은 적용되지 않지만 액체는 여전히 고체 표면에 퍼질 수 있습니다.

(2) 0lt;(γSG-γSL)lt; 1gt; θlt; 3) (γSG-γSL)lt;가 0이고 cosθlt; 0, θgt;이면 유리에 떨어지는 수은과 같은 액체에 의해 고체가 젖지 않습니다.

Yang의 방정식에 따르면 cosθ의 합을 사용하여 Wa, Wi, S의 표현식을 얻을 수도 있습니다.

그런 다음 실험적으로 측정된 값을 기반으로 이러한 매개변수를 계산합니다. ​​cosθ의 합. lt;i id=bke_b1nvor7vgt;