Как измерить поверхностную энергию твердого тела?

Существует множество методов измерения поверхностной энергии между жидкостью и жидкостью или жидкостью и газом (см., например, страницу вики) .

Методы измерения поверхностной энергии между твердым телом и жидкостью встречаются редко, но все же существует метод, разработанный Зисманом (см., например , здесь ), который позволяет хотя бы оценить ее путем экстраполяции для твердого тела/газа или твердого тела/жидкости в зависимости от среда, которую вы используете в своем эксперименте

Что мне интересно: есть ли метод измерения поверхностной энергии между двумя неупругими твердыми телами?

Один из вариантов, который я мог бы придумать, заключается в том, что вы можете расплавить одно из твердых тел, а затем использовать технику Зисмана, но это ограничит ваши знания высокотемпературной поверхностной энергией, тогда как низкотемпературные — это то, что вас обычно интересует.

РЕДАКТИРОВАТЬ: просто для справки в будущем, это исследование поверхностной энергии между двумя твердыми телами, но одно из них очень эластично .

Просто терминологическая проблема, которая на самом деле может быть более чем терминологической: мы никогда не говорим о поверхностном натяжении твердых тел. en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension Поверхностное натяжение применимо только к жидкостям; понятие «поверхностная энергия» является более общим и может появиться и для твердых тел. Но поскольку поверхность не пытается изменить форму и «растянуться» для твердых тел, потому что она твердая и делает это для жидкостей, поверхностное натяжение — это термин только для жидкостей.
На самом деле это хороший момент. Обычно я использую несколько взаимозаменяемых терминов, но я согласен с тем, что в случае с твердыми телами нет особого смысла говорить о поверхностном натяжении.
Подумайте об экспериментах по высокотемпературной ползучести с использованием очень мелкозернистых поликристаллических образцов для измерения энергии термической активации чистой диффузионной ползучести. Вы могли бы быть в состоянии оценить среднюю поверхностную энергию между гранулами, используя закон ползучести диффузии.
Я не очень понимаю, как это будет работать. Не могли бы вы немного расширить?! И разве это не та же проблема, что и плавление материала, т.е. вы получаете поверхностную энергию при высоких температурах?
@MarkRovetta, не могли бы вы объяснить этот эксперимент с ползучестью?!
Это была просто мысль. При малых размерах зерна скорость роста зерна и диффузионной ползучести может определяться созданием или аннигиляцией «вакансий и междоузлий» вблизи движущейся границы зерна. Скорость термической активации (закон Аррениуса) и измерения скорости процесса могут дать оценку эффективной энергии активации. Модель процесса может оценить среднюю энергию образования границы зерна. В лучшем случае это оценка средней энергии границ зерен для многофазного поликристалла. См. Диффузионная ползучесть

Ответы (1)

Я провел некоторые поиски и обнаружил, что есть техника, которая существует уже около 10 лет, и она удивительно проста (если у вас есть подходящее и дорогое оборудование). Его можно найти в этом документе JCIS (который также находится в свободном доступе здесь ).

Методика работает следующим образом: атомно-силовой микроскоп (АСМ) с хорошо выраженной сферической иглой, изготовленной из твердого тела 1, приводится в контакт с твердым телом 2. Затем игла снова отрывается от поверхности и измеряется работа адгезии. На основе силы отрыва и теоретических моделей контактной механики (подробности см. в статье) можно рассчитать поверхностную энергию. γ между двумя телами из следующего уравнения:

γ "=" Ф 2 π с р
где Ф сила отрыва, р радиус наконечника и с является константой между 1,5 и 2 в зависимости от деталей контактной модели. В документе объясняется, как выбрать модель, подходящую для вашего типа измерений.

Применяются некоторые условия (допущения) для теоретических моделей:

  1. деформации материалов чисто упругие, описываемые классической континуальной теорией упругости.
  2. материалы упруго изотропны
  3. как модуль Юнга, так и коэффициент Пуассона материалов остаются постоянными во время деформации.
  4. диаметр контакта между частицей и подложкой мал по сравнению с диаметром частицы
  5. параболоид описывает кривизну частицы в области контакта частица-подложка
  6. при склеивании не образуются химические связи
  7. площадь контакта значительно превышает молекулярные/атомные размеры

В документе довольно подробно объясняется, как отклонения от этих условий часто являются источником ошибок, а также то, как их можно выполнить, чтобы получить надлежащее измерение.

Итак, в заключение: поверхностная энергия системы твердое тело-твердое может быть измерена с помощью АСМ, принимая во внимание, что допущения моделей, используемых при обработке данных, полностью выполняются.

Как измерить поверхностную энергию твердого тела?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v