Was ist ein Kontaktwinkelmessgerät?
Kontaktwinkelmessgeräte sind ein Gerät zur Messung des Kontaktwinkels eines Flüssigkeitstropfens auf einem Substrat. Der Kontaktwinkel ist der Winkel zwischen dem Substrat und dem Tropfen und wird als Indikator zur Beurteilung der Benetzbarkeit des Materials verwendet.
Kontaktwinkelmessgeräte bestehen aus einem Dispenser zur Herstellung von Tropfen, einer CCD-Kamera zur Beobachtung der Grenzfläche und einem Tisch, auf dem das Substrat platziert wird, so dass die Fest-Flüssig-Grenzfläche vergrößert und gemessen werden kann. Es gibt zwei Haupttypen von Kontaktwinkeln: statische Kontaktwinkel und dynamische Kontaktwinkel; für beide wurden Instrumente entwickelt.
Anwendungen von Kontaktwinkelmessgeräten
Kontaktwinkelmessgeräte können verwendet werden, um die Benetzbarkeit zwischen Feststoffen und Flüssigkeiten zu beurteilen. Dies gibt Aufschluss über die Hydrophilie bzw. Hydrophobie zwischen Materialien und ist daher einer der wichtigsten Parameter, insbesondere im Bereich der Oberflächenwissenschaften.
Mit Kontaktwinkelmessgeräten kann die Haftung zwischen Substraten und Anstrichen oder die Wasserabweisung von Festkörperoberflächen untersucht werden. Sie werden insbesondere für die Wasserdichtigkeit von Regenbekleidung, die Wasserabweisung von Autoscheiben und -karosserien und die Reinigungsbewertung von Siliziumwafern eingesetzt.
Funktionsweise der Kontaktwinkelmessgeräte
Kontaktwinkelmessgeräte sind Geräte, die den Kontaktwinkel zwischen einem Substrat und einem Flüssigkeitstropfen auf dem Substrat messen und so die Benetzbarkeit zwischen dem Substrat und der Flüssigkeit bewerten. Die Benetzbarkeit ist ein Ausdruck für die Affinität zwischen dem Substrat und der Flüssigkeit. Wenn die Benetzbarkeit hoch ist, kollabieren die Tropfen auf dem Substrat und breiten sich aus, was zu einem kleinen Kontaktwinkel führt. Ist die Benetzbarkeit hingegen gering, behalten die Tröpfchen auf dem Substrat eine kugelförmige Form und der Kontaktwinkel vergrößert sich. Zur Benetzbarkeit gehören die Oberflächenspannung des Festkörpers, die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und die Grenzflächenspannung zwischen dem Festkörper und der Flüssigkeit, die durch die Youngsche Gleichung γs = γlcosθ + γsl (γs: Oberflächenspannung des Festkörpers, γl: Oberflächenspannung der Flüssigkeit, γsl: Grenzflächenspannung zwischen Festkörper und Flüssigkeit, θ: Kontaktwinkel) ausgedrückt werden kann.