En goniometría, el ángulo de contacto se refiere al ángulo que se forma en la intersección de una superficie sólida y una gota de líquido colocada sobre dicha superficie. Es un parámetro crucial que se usa en la ciencia de la superficie y la caracterización de materiales con el objetivo de comprender las propiedades humectantes de las superficies. El ángulo de contacto proporciona información sobre qué tan bien un líquido se esparce sobre una superficie sólida o la humedece.
El ángulo de contacto se ve influenciado por varios factores, incluida la rugosidad, la química y la energía superficial del sólido y el líquido. Cada ángulo de contacto puede significar un tipo de comportamiento a nivel de la humectación, como las superficies hidrófilas (ángulo de contacto bajo = humectación alta) o hidrófobas (ángulo de contacto alto = humectación baja). La goniometría se usa para medir y analizar estos ángulos de contacto.
Industrias que usan la goniometría para medir los ángulos de contacto
Muchas industrias usan la goniometría para medir ángulos de contacto en sus productos o equipamiento. A continuación, se brindan algunos ejemplos de aplicación:
- Nanotecnología
- Semiconductores
- Textiles y fibras
- Polímeros y plásticos
- Insecticidas
- Petróleo y gas
- Discos duros
Ecuación de Young
La ecuación de Young permite describir la interacción de las fuerzas de cohesión y adhesión, además de calcular la energía superficial.
Una gota con un ángulo de contacto superior a 90° es hidrófoba. Esta situación se caracteriza por una mala humectación, una adhesividad débil y una baja energía sin superficie sólida. Una gota hidrofílica presenta un ángulo de contacto modesto. Este estado indica una mejor humectación, adhesividad y energía superficial.
Tipos de mediciones para los ángulos de contacto
Ángulo de contacto estático
El ángulo de contacto estático, también conocido en modo abreviado como ángulo de contacto, hace referencia al ángulo que se forma entre la línea tangente que va hasta la superficie del líquido sobre el punto de contacto con una superficie sólida y dicha superficie sólida. Es una medida del comportamiento de humectación de un líquido sobre una superficie sólida cuando la gota del líquido está en equilibrio, lo que significa que no habrá cambios en su tamaño o forma con el tiempo.
El ángulo de contacto se usa frecuentemente para evaluar la limpieza. Los contaminantes orgánicos inhiben la humectación y aumentan los ángulos de contacto en superficies hidrofílicas. Normalmente, el ángulo de contacto disminuye a medida que mejora la humectación y la energía de la superficie aumenta a medida que la superficie se limpia y se trata a fin de eliminar impurezas.
El ángulo de contacto estático también puede verse afectado por la rugosidad de la superficie.
Una medición de ángulo de contacto dinámico es cualquier ángulo de contacto que haya sido medido a partir de una gota en movimiento. Esta comprende, entre otras, medidas del ángulo de contacto sobre una placa en inclinación, la suma y resta de los volúmenes y el estudio en función del tiempo.
Estudios dinámicos en función del tiempo
Los investigadores monitorizan con frecuencia el ángulo de contacto a lo largo del tiempo para examinar los efectos de la absorción, la evaporación y los fenómenos más inusuales, como los estados de transición de Cassie a Wenzel. Otra investigación en función del tiempo busca saber cómo el ángulo de contacto cambia a través del tiempo a medida que las condiciones ambientales varían (como la temperatura y la humedad). En ciertos casos, la caída será alterada por medio de la adición de una sustancia química que hace aumentar o disminuir la tensión superficial.
Muchos científicos han estado estudiando los estados de Cassie y Wenzel en los últimos años para comprender mejor la superhidrofobicidad. Según el estado de Cassie, una gota se encuentra encima de las rugosidades, con espacios de aire debajo, como se muestra en la imagen a continuación.
Método de placa en inclinación
El método de la placa en inclinación captura las medidas a partir de los ángulos de contacto de una gota sésil —tanto del lado izquierdo como del derecho— mientras la superficie sólida se inclina típicamente de 0° a 90°. A medida que la superficie se inclina, la gravedad hace que el ángulo de contacto aumente en el lado cuesta abajo.
Medición del ángulo de contacto con un microscopio DSX1000
Estudiar el ángulo de contacto de una superficie de madera con revestimientos
El ángulo de contacto del agua sobre varios revestimientos se mide por medio de un estativo microscópico inclinable DSX1000 con un objetivo de 3x.
El potente software del sistema DSX1000 permite medir fácilmente el ángulo de contacto y la rugosidad superficial. En esta ocasión, nos centramos en el ángulo de contacto.
La medición de ángulos de contacto se desarrolla de la siguiente manera:
A partir de los resultados anteriores, es posible deducir que los cambios en los valores del ángulo de contacto dependen del revestimiento, ya que este último refleja la fuerza relativa de las interacciones moleculares del líquido, el sólido y el vapor.
También, se examina el ángulo de contacto en una madera de mango en bruto y el ángulo de contacto tras el revestimiento.
Se observó el mismo ángulo de contacto bajo en la superficie sin el revestimiento.
Extensa capacidad de medición: Rugosidad superficial
Nuestro microscopio DSX1000 también es capaz de medir la rugosidad superficial de la madera antes y después del revestimiento.
Los parámetros estándar Ra y Sa dedicados al perfil de línea y rugosidad del área pueden examinarse a partir de la imagen 3D capturada por el microscopio.
El contenido de esta publicación es una adaptación de la publicación original de la autora Gyanesh Singh: «Olympus DSX1000 Microscope a Contact Angle Goniometer», Gyanesh Singh, especialista de aplicación en IR Technology Services Pvt. Ltd. Para ver la publicación original, consulte la siguiente página: www.irtech.in/uncategorized/olympus-dsx1000-microscope-a-contact-angle-goniometer/
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