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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 Industrial and Mechanical Industry.
Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :
Plongeons dans le vif du sujet.
Surface properties play a fundamental role in the field of Mechanical and Industrial Engineering. The interaction of materials and components with the environment and other materials takes place primarily on surfaces. For example, the contact between two machine parts, the flow of fluids in pipes, or the adhesion of coatings to substrates. The outcome of all these interactions is influenced by surface properties. As such, they play a critical role on product design, manufacturing processes, and the overall performance of engineered systems. Therefore, understanding and controlling these properties are essential for achieving optimal performance, efficiency, and reliability in various industrial processes and applications.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Industrial and Mechanical 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 Industrial and Mechanical industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Défi : In the marine engineering field, maintaining the performance of underwater equipment such as bearings is critical.
Solution : Engineers have worked on hydrophobic bearings for submerged applications by creating low sliding angle surfaces. The hydrophobicity in bearings helps in reducing the friction between moving parts in underwater machinery, such as ship propellers and underwater vehicles. Lower sliding angles help in smoother operation, increased efficiency, and reduced wear and tear enhancing the reliability of marine equipment.
Défi : In the aviation industry, ice formation on aircraft surfaces is a big concern. Ice accumulation on aircraft wings disrupts airflow which leads to reduced lift and control.
Solution : Engineers have worked on an anti-icing systems that depends on contact angles. By carefully controlling the contact angle superhydrophobic surfaces are created. It makes sure that ice cannot easily stick to the aircraft’s wings and surfaces. The new superhydrophobic surface enhanced safety by preventing ice accumulation and reduced the weight and energy consumption associated with traditional de-icing methods.
Défi : In 3D Printing, controlling the surface tension of printing materials is essential for achieving precise and high-quality prints.
Solution : Engineers have developed 3D printing material that has relatively low surface tension. Lower surface tension promotes better wetting and adhesion of the printing material to the build surface and between successive layers. Therefore, the new 3D printing material will offer improved print quality, reduced defects such as warping and delamination, and enhanced overall printing reliability. It will help the 3D printing material spread evenly across the build surface, creating strong bonds between layers and will reduce the likelihood of issues like “elephant’s foot” (excessive material squishing at the first layer) or “stringing” (unwanted thin strands of material).
Défi : The development of devices like Catheters requires blood-repellent surfaces to prevent clotting and ensure smooth functioning.
Solution : In the medical industry, a superhydrophobic coating with a high contact angle is applied to the surfaces of medical devices. This creates a non-wetting surface that can repel blood and other bodily fluids. The high contact angle prevents blood from sticking to the surface of medical devices, reducing the risk of clot formation. It enhances the overall performance and safety of these devices.
Défi : In the automotive industry, it is important to maintain visibility during rain for driver safety.
Solution : In traditional windshield surfaces, water buildup is a common problem. It reduces visibility compromising driver safety. The industry has a unique solution to enhance rainwater repellency. A hydrophobic coating with a low sliding angle is applied to automotive windshields. The low sliding angle makes sure that rainwater easily slides off the surface. It improves visibility during wet conditions. The hydrophobic coating significantly reduces water buildup on windshields, leading to improved driver visibility and safety during rainy weather.
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 Industrial and Mechanical 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.
Halide ion chloride and fluoride ions can contribute to external stress corrosion cracking (ESCC) in the absence of inhibiting ions when deposited and concentrated on the surface of austenitic stainless steel. Therefore, this standard provides the test methods for laboratory procedures for the determination of water-leachable chloride, fluoride, silicate, and sodium ions in thermal insulation materials in the parts per million range.
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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