Language
Country/Area
No result found
هل تعلم مقدار الطاقة اللازمة لإنشاء سطح ما؟ اكتشف سر طاقة السطح!
في علوم المواد وعلوم الأسطح، تلعب الطاقة السطحية دورًا حاسمًا. لا يتضمن هذا المفهوم بنية المادة وخصائصها فحسب، بل يشمل أيضًا كيفية تفاعل المادة مع البيئة. يمكن اعتبار الطاقة السطحية بمثابة التغير في الطاقة الناتج عن الروابط بين الجزيئات التي يجب التغلب عليها لإنشاء السطح. من أجل تعميق فهمنا للطاقة السطحية، نحتاج إلى استكشاف طرق قياسها وطرق حسابها ونطاق تطبيقها.
الطاقة السطحية هي الفرق في الطاقة بين سطح المادة وباطنها، والتي يمكن أن تؤثر على السلوك الديناميكي وتفاعلية المواد الصلبة.
قياس الطاقة السطحية
طريقة زاوية التلامس
أكثر طرق قياس الطاقة السطحية شيوعًا هي تجربة زاوية التلامس. تقوم هذه الطريقة بتقييم الطاقة السطحية عن طريق قياس زاوية تلامس السائل مع سطح صلب. السوائل شائعة الاستخدام هي الماء وثنائي يودوميثان. ومن قراءات زاوية التلامس، بالإضافة إلى التوتر السطحي المعروف للسائل، يمكن للباحثين حساب الطاقة السطحية.
مع زيادة الطاقة السطحية، تقل زاوية التلامس، مما يشير إلى زيادة التفاعل بين السائل والسطح.
طرق القياس الأخرى
بالإضافة إلى طريقة زاوية التلامس، يمكن قياس الطاقة السطحية للسائل عن طريق مد الفيلم السائل. ومع ذلك، هذه الطريقة ليست مناسبة للمواد الصلبة لأن تمديد الغشاء الصلب يحفز طاقة مرنة داخليًا. عادة ما يتم قياس الطاقة السطحية للمادة الصلبة عند درجات حرارة عالية، بحيث تتشوه المادة الصلبة بينما يظل حجمها ثابتًا تقريبًا.
حساب الطاقة السطحية
الطاقة السطحية للمادة الصلبة المشوهة
أثناء تشوه المادة الصلبة، يمكن النظر إلى الطاقة السطحية على أنها "الطاقة اللازمة لإنشاء وحدة مساحة السطح". وبعبارة أخرى، هو الفرق في الطاقة الإجمالية للنظام قبل التشوه وبعده.
طاقة التكوين السطحي للمواد الصلبة البلورية
في نظرية الكثافة الوظيفية، يمكن حساب الطاقة السطحية للمادة الصلبة البلورية من إجمالي الطاقة للسطحين. التحدي هنا هو التأكد من أن الأسطح العلوية والسفلية لها نفس الخصائص.
يتطلب حساب الطاقة السطحية غالبًا الحصول على قياسات الطاقة المتعلقة بواجهات المواد المختلفة تحت نفس ظروف التبلور.
طاقة الواجهة وقابلية التبلل
ظاهرة التبول
للطاقة السطحية تأثير مهم على ظاهرة الترطيب. على سبيل المثال، عندما تسقط قطرة من السائل على ركيزة صلبة، تعتبر الركيزة مبللة إذا تغيرت الطاقة السطحية للركيزة.
زاوية التلامس ومعلمات الترطيب
يمكن أن يعكس حجم زاوية التلامس بشكل مباشر حالة ترطيب السائل على السطح. كلما كانت زاوية التلامس أصغر، كانت قابلية التبلل أقوى؛ وكلما كانت زاوية التلامس أكبر، كانت قابلية التبلل أضعف.
عندما تكون زاوية التلامس تساوي 0 درجة، يبلل السائل الركيزة تمامًا وإذا كانت زاوية التلامس تساوي 90 درجة، فإن قابلية التبلل تعتبر منخفضة للغاية.
الاستنتاج
تحتل الطاقة السطحية وطرق قياسها وحسابها مكانة مهمة في علوم المواد، حيث تشارك في جميع الجوانب بدءًا من الأبحاث الأساسية وحتى العلوم التطبيقية والتكنولوجيا. وهذا يثير سؤالاً يستحق التأمل: في تصميم المواد المستقبلي، كيف يمكن الاستفادة الكاملة من خصائص الطاقة السطحية لتحسين أداء المواد ووظيفتها؟
