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表面张力和表面能的区别是什么

在制造业中使用粘合剂越来越常见,可以将所有从大量机器到日常科技设备的建筑物越来越常见。但是,公司依赖于粘合科学,以确保其产品完美地工作,看起来很棒,没有开始。在几个世纪以来,由于第一墨水被纸张,第一批涂料应用于金属,我们了解到,我们需要了解一些基本的化学规律,以确保液体物质可靠地粘附到固体物质的表面上。除此之外,这些法律管理我们称为表面张力和表面能的性质。

这种简单的真相是为什么表面张力和表面能对于制造一致,高性能的产品有效,并且低至没有失败的风险,这是至关重要的。

所有物质都是由分子制成的,并且所有分子对其他分子具有不同程度的吸引力。这种分子间吸引力是为什么你的饮料分子,甚至在饮料中的冰,在桌子上留在玻璃杯中或桌上的水坑,而不是分开进入空中。存在于液体表面朝向彼此的分子的吸引力称为xinyabo体育 的液体。xinyabo体育 是固体物质表面的分子之间存在的等同吸引力。这种有吸引力的力是将物质一起含有粘性形式的东西。当参考固体时,我们通常使用表面张力,但实际上它们是相同的。

表面张力和表面能很重要,因为它们是可以测量的数字,告诉我们分子间的吸引力有多强。高表面能(或张力)物质具有高沸点:它们必须被大量加热,以克服分子间的吸引力,形成蒸汽或蒸汽。

让我们回到纸上作为戏剧中表面紧张的例子。我们希望墨水在通过打印机涂抹或甚至我们的花哨羽毛笔时涂抹并粘在表面上。如果墨水中的分子彼此强烈地吸引(表现出高表面张力),当它们与表面接触时,它们不想展开并粘在纸张或塑料瓶或其他材料的表面上want to emblazon with our company’s logo. They will prefer to stay associated with each other due to the strong intermolecular attraction. On the other hand, the molecules in a low surface tension liquid are not attracted strongly to each other; they will instead tend to spread out and stick to the surface you want to print to.

液体将倾向于蔓延和粘,因为纸张或塑料表面的分子的吸引力是拉上油墨表面上的分子。该界面是表面张力和表面能量结合以导致粘合的位置。

关于液体如何对固体表面反应的重要信息是表面张力和表面能在制造过程中具有非常真实意义的原因之一。了解这种关系和在表面界面处发生的化学过程可能对过程优化和过程控制产生重大影响。

什么是表面张力

与上面所说的那样,表面张力是彼此朝向液体表面存在的分子的吸引力。但要更深入地了解它,思考表面紧张局势不是很有帮助。

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我们称之为表面张力的力与万有引力不同。关键的区别是,引力与质量成比例,因此两个分子之间的引力是非常小的,可以忽略不计。我们之所以会紧紧地粘在地球上,是因为这颗行星有着巨大的质量,它对我们产生了很强的引力。

另一方面,表面张力是由于不同于分子上的电子的分布产生的电荷不同的吸引力。表面张力实际上是克服这些吸引力所需的力,并拉开存在于液体表面上的分子。这意味着,如果你要在液体薄膜或泡沫表面上绘制假想线,然后试图将其拉开,所需的力拉伸并将液体拆分在该线上,除以它们的长度线,将是该液体的表面张力。

表面能量公式

我们可以表达表面紧张作为简单的数学公式:

表面张力配方

在表面张力(γ)是虚线上的力除以线路长度的2倍。这2是必要的,因为当我们在气泡表面进行分裂时,我们实际上是在两个表面上拉开分子:内表面和外表面。

如何测量表面张力

很难想象能把一个液体泡泡的表面拉开。但是有很多方法可以很容易地测量这个力。其中之一是测量从液体容器中拉出细钢丝环所需的力。这个过程非常缓慢(所以液体粘度不会影响结果),将环从表面分离所需的力除以环的周长(除以2,因为有内圆周和外圆周),就得到了表面张力。(这是基础的杜诺伊环法;有一个修正因子需要考虑液体半月板的形状,但它都已经解决了)。另一种测量方法是根据从浸没在液体中的针的末端产生和分离气泡所需的压力(最大气泡压力法);这里我们测量的是制造液体表面所需要的力。关于这些技术的更多信息很容易获得。

表面张力与粘度不同,虽然有时人们会混淆两者。粘度是耐抗性的衡量,或者更精确地,将液体分子彼此移动多么难以。它与分子之间的摩擦有关。粘度是为什么它需要肌肉才能穿过水;这是你认为彼此滑移的摩擦。它相当容易测量粘度。一种常见的粘度测量是当落入液体时,滚珠轴承在一定尺寸的滚珠轴承行进固定距离的时间。再次,表面张力和粘度反射非常不同的性质。水具有高表面张力但粘度低。矿物油(如婴儿油)具有高粘度但表面张力低。

影响表面张力的因素

任何影响分子之间吸引力的东西会影响表面张力。

例如,水分子强烈地吸引彼此,因为它们是高度极性分子:氢和氧原子上的加号和减去电荷吸引了相邻分子上的相反电荷,并且需要大量的力量(这就是为什么即使是小分子,水也具有非常高的沸腾温度。除了在极性分子之间存在的存在,还存在其他类型的分子间景点。我们将在另一篇文章中获得更多内容,但足以说分子的极性部分之间存在的景点通常相当强烈,并且可能更重要的是,通过表面处理可以在固体上操纵和改变它们。这就是为什么我们经常用电晕或火焰治疗包装材料以改善油墨粘附。

出于制造目的,我们经常试图了解我们能够控制的材料的特性,以一种可测量的方式使它们可靠地聚在一起并粘在一起。了解表面能让我们预测物质之间将如何相互作用。它为我们提供了一扇可以控制的化学过程的窗口。度量这些过程让我们能够设定标准;控制这些标准增加了我们的生产过程的价值,允许我们预测结果。

表面张力根据液体的组成而变化。从日常生活中的例证(对我们中的一些人来说,无论如何!)让我们去一个流行的液体混合物,具有不同的表面张力,乙醇+水。水具有相对高的表面张力,远高于酒精(因为水分子更极性)。当两者组合成葡萄酒的饮料时,所得液体的表面张力在两者之间,低于水但高于乙醇。

与水相比,乙醇的另一个性质是其高蒸气压:乙醇/水混合物将在玻璃中含有醇含量降低。随着醇含量的降低,表面张力增加。

marangoni-effect-wine-tear当一杯葡萄酒在杯中旋转时,留在杯壁上的薄膜会迅速蒸发掉乙醇。这增加了表面张力。因为这种薄膜有更高的表面张力,它会拉住杯中的葡萄酒,结果就是我们看到的葡萄酒的“手指”或“眼泪”爬上了玻璃杯的边缘!酒精含量高的葡萄酒表现出更强烈的这一效应,因为它失去了更多的酒精蒸发和增加表面张力甚至更多。

葡萄酒手指是所谓的一个例子Marangoni效果这是由表面张力梯度引起的液体流动现象。

在侧面笔记中,酒精饮料中的泪水的存在与质量无关,只有饮料的酒精含量(或证据)。

表面张力和表面能的区别是什么

正如我们在引言中所述,这两个术语实际上只是在语义上有所不同。但是,表面张力通常是指液体分子之间的吸引力,而表面能通常是指固体分子之间的吸引力。它们之间的关系有助于测量两者,然后利用其中之一作为制造过程的一种强大的过程控制机制。

表面张力和表面能都是表达表面中的强烈分子彼此吸引的表达。但是当我们谈论他们在创造可预测的强粘合剂粘合方面的作用时,它们各自具有明显的功能。

测量表面张力可以简单地测量吹的压力,如我们之前描述的那样。然而,为了测量我们需要使用间接方法的稳定的表面能。例如,我们可以测量液体在表面上传播(湿化)或珠子的趋势,并且可以推断表面能来自液滴的形状。这由一滴液体边缘产生的角度通过固体表面与材料表面的表面能相关。

制造商使用油漆和粘合剂等液体产品来组装和完成从微芯片到军用飞机的产品,可以利用表面能的知识来控制这些液体在产品表面的粘附程度和一致性。粘合剂和涂料制造商已经完成了他们的工作,但控制表面能是另一个关键的组成部分,以寻求成功的粘合剂或涂层产品。

应用于它们的粘合剂,涂层和油墨的材料的表面能需要已知和控制,以便保证债券将是强烈的。如果表面能在适当的应用水平上,并且粘合剂制造商控制其产品的表面特性,则制造商可以放心,他们的装配将满足每种依赖于持有快速债券的性能测试。

BTG实验室专门从事与制造商合作谁想控制其粘附过程,我们经常使用表面能量测量来帮助他们实现该控制。我们提供A.全系列仪表这使得能够在生产线上直接测量和控制材料的表面能。我们的技术允许制造商通过快速测试定量地评估其粘合表面的质量,当它们的表面已经准备好键合或涂层时,可以定量地评估其粘接表面的质量。

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