Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження
Wettability is of pivotal importance in many areas of science and technology, ranging from the extractive industry to development of advanced functional materials and biomedicine problems. An increasing interest to wetting-related phenomena stimulates impetuous growth of research activity in this fi...
Saved in:
| Date: | 2022 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/617 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543935051071488 |
|---|---|
| author | Beketov, G. V. Shynkarenko, O. V. |
| author_facet | Beketov, G. V. Shynkarenko, O. V. |
| author_sort | Beketov, G. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T08:47:30Z |
| description | Wettability is of pivotal importance in many areas of science and technology, ranging from the extractive industry to development of advanced functional materials and biomedicine problems. An increasing interest to wetting-related phenomena stimulates impetuous growth of research activity in this field. The presented review is aimed at the cumulative coverage of issues related to wettability and its investigation. It outlines basic concepts of wetting as a physical phenomenon, methods for its characterisation (with the emphasis on sessile drop techniques), and performances of contemporary instrumentation for wettability measurements.In the first section, physics of wettability is considered. The intermolecular interactions related to wetting are classified as dependent on their nature. Thus, discussion of interactions involving polar molecules covers permanent dipole - permanent dipole interactions and freely rotating permanent dipoles. Consideration of interactions resulting from the polarization of molecules includes interactions between ions and uncharged molecules, Debye interactions, and London dispersion interactions. Hydrogen bonds are discussed separately.The second section deals with the issues related to surface tension and its effect on shaping the surface of a liquid brought in contact with a solid body. The relationship between the surface tension and the contact angle as well as equations that quantify this relationship are discussed. The Young–Laplace equation governing the shape of the drop resting on the surface is analysed.The third section is devoted to the experimental characterization of surface wettability and the underlying theoretical analysis. Particular attention is paid to the method known as the Axisymmetric Drop Shape Analysis (ADSA). Principles of automated determination of relevant physical values from experimental data are briefly discussed. Basics of numerical techniques intended for analysing the digitized image of the drop and extracting information on surface tension and contact angle are outlined.In the fourth section, an overview of commercially available instrumentation for studying wettability and the contact angle measurements is presented. The prototype contact angle analyser designed and manufactured at the ISP NASU is introduced. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:34Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-617 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:23Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6172022-06-29T08:47:30Z Surface wetting and contact angle: basics and characterisation Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження Beketov, G. V. Shynkarenko, O. V. wettability intermolecular interactions surface tension contact angle sessile drop Young–Laplace equation axisymmetric drop shape analysis contact angle goniometry digital image contour extraction methods of optimization змочуваність міжмолекулярні взаємодії поверхневий натяг крайовий кут змочування крапля що лежить рівняння Юнга-Лапласа аналіз форми вісесиметричної краплі гоніометрія крайового кута змочування виділення контурів на цифрових зображеннях Wettability is of pivotal importance in many areas of science and technology, ranging from the extractive industry to development of advanced functional materials and biomedicine problems. An increasing interest to wetting-related phenomena stimulates impetuous growth of research activity in this field. The presented review is aimed at the cumulative coverage of issues related to wettability and its investigation. It outlines basic concepts of wetting as a physical phenomenon, methods for its characterisation (with the emphasis on sessile drop techniques), and performances of contemporary instrumentation for wettability measurements.In the first section, physics of wettability is considered. The intermolecular interactions related to wetting are classified as dependent on their nature. Thus, discussion of interactions involving polar molecules covers permanent dipole - permanent dipole interactions and freely rotating permanent dipoles. Consideration of interactions resulting from the polarization of molecules includes interactions between ions and uncharged molecules, Debye interactions, and London dispersion interactions. Hydrogen bonds are discussed separately.The second section deals with the issues related to surface tension and its effect on shaping the surface of a liquid brought in contact with a solid body. The relationship between the surface tension and the contact angle as well as equations that quantify this relationship are discussed. The Young–Laplace equation governing the shape of the drop resting on the surface is analysed.The third section is devoted to the experimental characterization of surface wettability and the underlying theoretical analysis. Particular attention is paid to the method known as the Axisymmetric Drop Shape Analysis (ADSA). Principles of automated determination of relevant physical values from experimental data are briefly discussed. Basics of numerical techniques intended for analysing the digitized image of the drop and extracting information on surface tension and contact angle are outlined.In the fourth section, an overview of commercially available instrumentation for studying wettability and the contact angle measurements is presented. The prototype contact angle analyser designed and manufactured at the ISP NASU is introduced. Характеристика змочуваності поверхні має вирішальне значення у багатьох галузях науки і технології, від видобувної промисловості до створення сучасних функціональних матеріалів і виробів біомедичного призначення. Зростаючий інтерес до явищ, пов’язаних зі змочуваністю, стимулює стрімке зростання дослідницької діяльності в цьому напрямку. Метою представленого огляду є послідовне висвітлення низки питань, пов’язаних з природою змочуваності та методами її дослідження. В ньому розглядаються базові концепції змочуваності як фізичного явища, методи для кількісного визначення її характеристик та сучасний рівень приладів для визначення характеристик змочуваності.У першому розділі розглядаються фізичні основи змочуваності. Міжмолекулярні взаємодії, якими обумовлюється змочуваність, класифікуються залежно від їхньої природи. Так, обговорення міжмолекулірних взаємодій, у яких беруть участь полярні молекули, охоплює взаємодії між молекулами, які мають постійний дипольний момент, включаючи особливий механізм взаємодії між молекулами, який виникає, коли молекули можуть вільно обертатися. Розгляд взаємодій, що відбуваються в результаті поляризації молекул, включає взаємодії між іонами та незарядженими молекулами, взаємодії Дебая та дисперсійні сили Лондона. Водневі зв’язки розглядаються як окремий тип взаємодій.У другому розділі розглядаються питання, які стосуються поверхневого натягу та його впливу на форму поверхні рідини, яка знаходиться у контакті з твердим тілом. Обговорюється взаємозв’язок між величиною поверхневого натягу та значенням контактного кута змочування. Розглядається рівняння Юнга-Лапласа, яке визначає форму краплі рідини, яка лежить на твердій поверхні.Третій розділ присвячений експериментальному визначенню характеристик змочуваності поверхні та теоретичним засадам відповідних методів вимірювання. Особлива увага приділяється методу, відомому в англомовній літературі як метод ADSA, який засновується на аналізі форми краплі, що лежить на поверхні. Коротко розглядаються чисельні методи виявлення геометричних структур на оцифрованих зображеннях, які призначені для отримання кількісних даних про силу поверхневого натягу та значення крайового кута змочування.У четвертому розділі наводиться огляд приладів для дослідження змочуваності та вимірювання крайового кута, які серійно випускаються приладобудівельними підприємствами у різних країнах світу. Представлений також прототип приладу аналогічного призначення, створений у ІФН НАНУ. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-03-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/617 10.15407/hftp13.01.003 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 13 No. 1 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 3-35 Химия, физика и технология поверхности; Том 13 № 1 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 3-35 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 13 № 1 (2022): Хімія, фізика та технологія поверхні; 3-35 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp13.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/617/617 Copyright (c) 2022 G. V. Beketov, O. V. Shynkarenko |
| spellingShingle | змочуваність міжмолекулярні взаємодії поверхневий натяг крайовий кут змочування крапля що лежить рівняння Юнга-Лапласа аналіз форми вісесиметричної краплі гоніометрія крайового кута змочування виділення контурів на цифрових зображеннях Beketov, G. V. Shynkarenko, O. V. Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження |
| title | Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження |
| title_alt | Surface wetting and contact angle: basics and characterisation |
| title_full | Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження |
| title_fullStr | Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження |
| title_full_unstemmed | Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження |
| title_short | Змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження |
| title_sort | змочуваність поверхні та кут змочування: фізичні основи та методи дослідження |
| topic | змочуваність міжмолекулярні взаємодії поверхневий натяг крайовий кут змочування крапля що лежить рівняння Юнга-Лапласа аналіз форми вісесиметричної краплі гоніометрія крайового кута змочування виділення контурів на цифрових зображеннях |
| topic_facet | wettability intermolecular interactions surface tension contact angle sessile drop Young–Laplace equation axisymmetric drop shape analysis contact angle goniometry digital image contour extraction methods of optimization змочуваність міжмолекулярні взаємодії поверхневий натяг крайовий кут змочування крапля що лежить рівняння Юнга-Лапласа аналіз форми вісесиметричної краплі гоніометрія крайового кута змочування виділення контурів на цифрових зображеннях |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/617 |
| work_keys_str_mv | AT beketovgv surfacewettingandcontactanglebasicsandcharacterisation AT shynkarenkoov surfacewettingandcontactanglebasicsandcharacterisation AT beketovgv zmočuvanístʹpoverhnítakutzmočuvannâfízičníosnovitametodidoslídžennâ AT shynkarenkoov zmočuvanístʹpoverhnítakutzmočuvannâfízičníosnovitametodidoslídžennâ |