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Écrit par Dr Amit Pratap Singh
Évalué par Dr Alidad Amirfazli
Revu: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Chemicals Industry.
Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :
Plongeons dans le vif du sujet.
The surface properties of materials significantly impact the chemical industry, influencing product quality, performance, and consumer satisfaction. Understanding surface tension, contact angle, sliding angle, and surface energy enables the development of chemicals and materials with superior adhesion, dispersibility, and stability.
In addressing the chemical industry’s challenges—such as creating high-performance products, and ensuring product stability and longevity—precision, innovation, and efficiency are essential. Surface science offers critical insights into surface interactions, interfacial phenomena, and material compatibility, providing a foundation for optimizing chemical production methodologies.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Chemicals products and improve their quality.
Young – Méthode Laplace
Méthode polynomiale
Angle de contact dynamique
Idéalement, lorsque nous plaçons une goutte sur une surface solide, il existe un angle unique entre le liquide et la surface solide. Nous pouvons calculer la valeur de cet angle de contact idéal (ce qu’on appelle l’angle de contact de Young) à l’aide de l’équation de Young. En pratique, en raison de la géométrie de surface, de la rugosité, de l’hétérogénéité, de la contamination et de la déformation, la valeur de l’angle de contact sur une surface n’est pas nécessairement unique mais se situe dans une plage. Nous appelons les limites supérieure et inférieure de cette plage l’angle de contact qui avance et l’angle de contact qui s’éloigne, respectivement. Les valeurs des angles d’avancement et de recul des angles de contact pour une surface solide sont également très sensibles. Ils peuvent être affectés par de nombreux paramètres, tels que la température, l’humidité, l’homogénéité et la contamination infime de la surface et du liquide. Par exemple, les angles de contact d’avancement et de recul d’une surface peuvent différer à différents endroits.
Les surfaces et les revêtements pratiques présentent naturellement une hystérésis d’angle de contact, indiquant une gamme de valeurs d’équilibre. Lorsque nous mesurons les angles de contact statiques, nous obtenons une seule valeur dans cette plage. S’appuyer uniquement sur des mesures statiques pose des problèmes, tels qu’une mauvaise répétabilité et une évaluation incomplète de la surface en ce qui concerne l’adhérence, la propreté, la rugosité et l’homogénéité.
Dans les applications pratiques, nous devons comprendre la facilité d’étalement du liquide (angle d’avancement) et la facilité d’évacuation (angle de retrait) d’une surface, comme dans la peinture et le nettoyage. La mesure des angles d’avancement et de recul offre une vue holistique de l’interaction liquide-solide, contrairement aux mesures statiques, qui produisent une valeur arbitraire dans la plage.
Ces informations sont cruciales pour les surfaces du monde réel avec des variations, une rugosité et une dynamique, aidant des industries telles que les cosmétiques, la science des matériaux et la biotechnologie à concevoir des surfaces efficaces et à optimiser les processus.
Découvrez comment la mesure de l’angle de contact est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de contact, lisez notre mesure de l’angle de contact : le guide définitif
Cette propriété mesure la force qui agit à la surface d’un liquide, dans le but de minimiser sa surface.
Tension superficielle dynamique
La tension superficielle dynamique diffère de la tension superficielle statique, qui fait référence à l’énergie de surface par unité de surface (ou à la force agissant par unité de longueur le long du bord d’une surface liquide).
La tension superficielle statique caractérise l’état d’équilibre de l’interface liquide, tandis que la tension superficielle dynamique tient compte de la cinétique des changements à l’interface. Ces changements peuvent impliquer la présence de tensioactifs, d’additifs ou de variations de température, de pression et de composition à l’interface.
La tension superficielle dynamique est essentielle pour les processus qui impliquent des changements rapides à l’interface liquide-gaz ou liquide-liquide, tels que la formation de gouttelettes et de bulles ou la coalescence (changement de surface), le comportement des mousses et le séchage des peintures (changement de composition, par exemple, évaporation du solvant). Nous le mesurons en analysant la forme d’une gouttelette suspendue au fil du temps.
La tension superficielle dynamique s’applique à diverses industries, notamment les cosmétiques, les revêtements, les produits pharmaceutiques, la peinture, l’alimentation et les boissons, ainsi que les processus industriels, où la compréhension et le contrôle du comportement des interfaces liquides sont essentiels pour la qualité du produit et l’efficacité des processus.
Apprenez comment la mesure de la tension superficielle est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de la tension superficielle : le guide définitif
Découvrez comment la mesure de l’énergie de surface est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de l’énergie de surface : le guide définitif
L’angle de glissement mesure l’angle auquel un film liquide glisse sur une surface solide. Il est couramment utilisé pour évaluer la résistance au glissement d’une surface.
Apprenez comment la mesure de l’angle de glissement est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de glissement, lisez notre Mesure de l’angle de glissement : le guide définitif
Within the Chemicals industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
In the dynamic and ever-evolving chemical industry, achieving a uniform dispersion of nanoparticles is a challenging task that often determines the effectiveness of a formulation. Imagine a scenario where nanoparticles, commonly used to enhance the performance or appearance of a product, tend to aggregate, leading to non-uniform distributions within the formulation. This aggregation not only reduces the product’s efficacy but also poses challenges in the manufacturing process.
By precisely manipulating surface properties such as wettability and surface energy, nanoparticles can achieve a homogeneous dispersion throughout the formulation. This uniform dispersion is crucial for ensuring consistent product quality and performance. The benefits of this precise control go beyond achieving uniformity. Improved nanoparticle dispersibility enhances product stability, shelf life, and overall effectiveness, providing a significant competitive advantage in the market.
In the field of coatings and adhesives, adhesion is critically important as it can significantly impact a product’s effectiveness. Consider a situation where the bonding between a coating and its underlying substrate is suboptimal, leading to issues such as peeling, delamination, or reduced longevity. By accurately measuring contact angles and understanding the interactions at the interface between the coating and substrate, you can make informed decisions on modifying surface properties.
Enhanced adhesion is achieved by strategically adjusting the surface properties of coatings to increase compatibility with substrates. This not only improves the product’s performance but also extends its lifespan, enhancing the durability and efficacy of products across various industries, including automotive, construction, and others that heavily rely on coatings and adhesives.
A chemical company faces the challenge of transitioning to sustainable methodologies amid growing environmental concerns, stringent regulations, and shifting customer preferences towards eco-friendly products. To tackle this challenge, the company leverages surface science as a transformative tool.
Contact angle and surface tension measurements play a crucial role in this transition by providing precise insights into the surface properties of materials. These measurements help the company evaluate and optimize the wetting characteristics and interactions of raw materials, leading to the development of more efficient catalysts. By understanding and manipulating these surface properties, researchers can enhance catalyst efficiency, reduce waste, and lower energy consumption, aligning with sustainable production principles.
As a result, the company significantly reduces its environmental impact, surpasses regulatory requirements, and positions itself as a leader in environmentally responsible chemical manufacturing. This shift not only benefits the environment but also leads to cost savings, market expansion, and a strengthened brand image, as consumers increasingly favor products that adhere to sustainability standards.
Si vous êtes intéressé par la mise en œuvre de ces applications ou de toute autre application, veuillez nous contacter.
In an industry where precision reigns supreme, where do Chemicals manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
Indirectly related to surface science and the characteristics of material surfaces, even while the primary emphasis of ASTM F3122-14(2022) is on assessing the mechanical properties of metal materials that have been generated by additive manufacturing procedures, the standard does include this topic. During the process of additive manufacturing, individual layers of material are deposited in order to construct the end product. When it comes to establishing the mechanical qualities and surface quality of the produced product, these layers, and more specifically the interfaces that separate them, play an extremely important role.
Nous espérons que ce guide vous a montré comment appliquer la science des surfaces dans l’industrie cosmétique.
Maintenant, nous aimerions vous céder la parole :
Droplet Lab a été fondé en 2016 par le Dr Alidad Amirfazli, membre du corps professoral de l’Université York, et deux de ses chercheurs, le Dr Huanchen Chen et le Dr Jesus L. Muros-Cobos.
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