Language
Country/Area
No result found
Pourquoi l'énergie à la surface d'un solide est-elle toujours plus élevée que celle à l'intérieur ? Connaissez-vous le secret qui se cache derrière cela ?
En science des matériaux, l’énergie de surface des solides est un concept important pour comprendre les propriétés de la matière solide. Lors de l’analyse de la structure cristalline et des propriétés de surface d’un solide, il n’est pas difficile de constater que l’énergie à la surface du solide est toujours supérieure à l’énergie à l’intérieur. Pourquoi cela arrive-t-il ? Cette question ne concerne pas seulement le visage, mais s’intéresse également en profondeur à la structure atomique microscopique et aux liaisons chimiques.
L'énergie de surface existe en raison de la différence de liaison entre les atomes de surface et les atomes à l'intérieur du corps : les atomes de surface ne sont pas aussi étroitement liés à leurs voisins que les atomes à l'intérieur du corps.
Lorsqu'un matériau solide est coupé, l'action provoque la décomposition de la structure du solide et crée une nouvelle surface. C'est parce qu'à l'intérieur du solide, les liaisons entre les atomes sont stables et chaque atome est entouré d'autres atomes, formant une structure en réseau solide. La situation est différente pour les atomes de surface, qui ne sont pas complètement liés aux atomes environnants. Cette liaison incomplète fait que les atomes de surface ont une énergie plus élevée par rapport aux atomes internes, nous pourrions donc penser que l'énergie de surface d'un solide est toujours supérieure à son énergie interne.
Cet « excès d’énergie » représente une liaison non réalisée et est l’une des principales raisons de l’énergie de surface élevée des solides.
Mesure et évaluation de l'énergie de surface
En fonction de ce qu’ils ont besoin de savoir, les scientifiques ont développé une variété de méthodes pour mesurer l’énergie de surface des solides. L’une des méthodes les plus courantes est le test de l’angle de contact. Cette méthode calcule l’énergie de surface d’une surface solide en mesurant l’angle de contact entre la surface solide et le liquide qui la pénètre. Lorsque l'angle de contact est petit, cela signifie que le liquide pénètre mieux la surface solide et que son énergie de surface est plus élevée ; à l'inverse, un angle de contact plus grand indique que le solide a une attraction plus faible pour le liquide et que l'énergie de surface est relativement faible.
L’avantage de ce test est qu’il ne nécessite pas trop d’équipement expérimental et peut être appliqué à une variété de matériaux différents, facilitant ainsi la recherche universitaire et les applications industrielles.
Calcul de l'énergie de surface solide
Prenant la déformation d'un solide comme exemple, lorsqu'un solide est soumis à une contrainte, l'énergie de surface modifiée peut être considérée comme « l'énergie nécessaire pour créer une surface unitaire ». Ce concept nous aide à comprendre comment les propriétés physiques des solides changent dans différentes conditions. Par exemple, en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), nous pouvons prédire l’énergie de surface des solides et mieux comprendre les changements dans les propriétés des matériaux pendant le refroidissement, le chauffage et la déformation.
De plus, les expériences sur des solides à haute température peuvent également mesurer plus précisément leur énergie de surface. Dans ce cas, le solide présente des propriétés d'écoulement différentes, modifiant ainsi sa surface tout en conservant presque le même volume.
Énergie d'interface et mouillabilité
Un autre aspect à noter est l’énergie de l’interface, qui a un impact significatif sur les paramètres thermodynamiques du matériau. La « mouillabilité » du liquide sur le solide devient apparente lorsque l’on considère une goutte de liquide s’étalant sur la surface d’un solide. Ceci est également lié à l’énergie de surface du solide, car différentes énergies de surface conduiront à différents comportements de mouillage du liquide.
ConclusionLa mouillabilité n’est pas seulement un phénomène macroscopique, mais trouve également ses racines dans les interactions microstructurelles, telles que l’affinité des atomes aux surfaces de contact.
La raison pour laquelle la surface d'un solide a toujours une énergie plus élevée que son intérieur est liée aux caractéristiques de sa structure atomique, aux liaisons non réalisées et à la réaction du solide dans différents environnements. L’étude de l’énergie de surface n’est pas seulement un sujet important en science des matériaux, mais a également des implications pour diverses applications d’ingénierie. À mesure que nous explorons davantage ces phénomènes, nous ne pouvons nous empêcher de nous demander : dans la science des matériaux du futur, comment pouvons-nous utiliser plus efficacement les propriétés énergétiques de surface pour créer des matériaux plus efficaces ?
