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Il s’agit d’un guide complet de la mesure de l’angle de glissement en (2025). Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :
● Concepts et principes de base
● Techniques de mesure
● L’importance des mesures d’angle de glissement dans diverses industries
● Bien plus encore
Plongeons dans le vif du sujet.
Comprendre l’angle de glissement est essentiel pour optimiser les interactions de surface. Il joue un rôle crucial dans des applications telles que la conception de surfaces antisalissure, la garantie d’une bonne adhérence des revêtements et le développement de dispositifs biomédicaux dotés de propriétés de mouillage spécifiques
La rugosité de surface, la chimie de surface, la température et la pression peuvent toutes modifier les angles de contact. De plus, les propriétés du liquide, notamment la viscosité, la densité et la tension superficielle, jouent un rôle important.
Rugosité
Les surfaces plus rugueuses augmentent la friction, ce qui entraîne des angles de glissement plus élevés.
Énergie de surface
Une énergie de surface plus élevée améliore l’adhérence, ce qui se traduit par des angles de glissement plus élevés.
Température
Des températures plus élevées peuvent réduire la viscosité du liquide et la tension superficielle, affectant l’angle de glissement.
Viscosité du liquide
Les liquides plus visqueux résistent à l’écoulement, ce qui nécessite des angles de glissement plus élevés.
Hystérésis d’angle de contact
Différence entre les angles de contact qui avancent et qui reculent, affectant le comportement des glissements.
Traitements de surface
La compréhension et la manipulation de ces facteurs revêtent une importance fondamentale pour les processus et les applications où les interactions de surface jouent un rôle central.
Inutile de dire qu’une mesure précise des angles de glissement est essentielle. Diverses techniques sont employées à cet effet, chacune avec ses avantages et ses inconvénients uniques. Certaines des méthodes les plus courantes incluent :
Description
Avantages:
Inconvénients:
Description
Similaire à la méthode du plan incliné, mais la surface est mécanisée pour un contrôle précis. L’angle est augmenté de manière incrémentielle par une platine motorisée, et l’angle auquel la gouttelette glisse est automatiquement enregistré.
Avantages:
Inconvénients:
Description
Une gouttelette est placée sur une surface qui tourne pour créer une inclinaison efficace due à la force centrifuge. L’angle auquel la gouttelette commence à glisser de la surface en raison de la force centrifuge est enregistré.
Avantages:
Inconvénients:
Description
Des systèmes optiques avancés, y compris des caméras haute résolution, surveillent le comportement des gouttelettes lorsque la surface est inclinée. Les caméras capturent le moment exact où la gouttelette commence à glisser, et un logiciel spécialisé calcule l’angle de glissement.
Avantages:
Inconvénients:
Chaque technique de mesure de l’angle de glissement offre des avantages et des limites uniques, ce qui les rend adaptées à différentes applications. La méthode du plan incliné est simple et rentable, mais manque de précision. La méthode de la plaque basculante offre une précision et une répétabilité élevées grâce à l’automatisation, mais nécessite un équipement plus sophistiqué et plus coûteux. La méthode de rotation permet de tester plusieurs gouttelettes avec un contrôle précis, mais implique une configuration complexe et un étalonnage minutieux. Les méthodes optiques automatisées fournissent des mesures extrêmement précises et exactes avec un débit élevé, bien qu’elles nécessitent des investissements importants et une expertise technique. Le choix de la méthode appropriée dépend de la précision, du coût, de la facilité d’utilisation et des besoins spécifiques de l’application.
Défi: Les compagnies de transport de marchandises devaient réduire leur consommation de carburant et leurs émissions.
Solution: Les entreprises ont adopté des revêtements de coque innovants à faible énergie de surface et à des angles de glissement pour minimiser la friction avec l’eau de mer. En améliorant l’efficacité hydrodynamique, ces revêtements ont permis de réaliser d’importantes économies de carburant, de réduire les coûts d’exploitation et de réduire l’empreinte carbone. L’instrument portable de Droplet Lab peut permettre une mesure précise de l’énergie de surface et des angles de glissement, garantissant ainsi l’efficacité de ces revêtements dans des conditions maritimes réelles.
Défi: Les entreprises de télécommunications sont confrontées à des défis d’atténuation du signal lors de fortes pluies (fondu dû à la pluie) et à des perturbations dues à l’accumulation de glace et de neige sur les infrastructures telles que les antennes et les antennes paraboliques. Ces problèmes peuvent avoir un impact considérable sur la fiabilité de la transmission du signal.
Solution: L’entreprise visait à améliorer les performances des antennes 5G dans des conditions pluvieuses en développant des revêtements superhydrophobes. Grâce à des expériences rigoureuses avec différents revêtements, ils ont optimisé les angles de contact pour concevoir des surfaces à haute résistance à l’eau. Cette innovation a considérablement réduit l’atténuation de la pluie en empêchant les gouttelettes d’eau d’interférer avec la transmission du signal. En conséquence, les antennes maintenaient des signaux puissants même en cas de fortes pluies.
De plus, dans les régions froides sujettes à l’accumulation de glace et de neige sur les antennes paraboliques, l’entreprise a effectué des tests pour identifier les matériaux superhydrophobes avec de grands angles de contact et de faibles angles de glissement. Ces matériaux minimisaient efficacement l’adhérence de la glace, assurant ainsi une réception ininterrompue du signal. En réduisant l’accumulation de glace sur les paraboles, ils ont amélioré la fiabilité de fonctionnement et maintenu une transmission constante du signal dans des conditions météorologiques extrêmes.
Détails: Même les contaminants mineurs comme la poussière, les huiles ou les résidus peuvent modifier considérablement les lectures de l’angle de glissement. Ces contaminants peuvent modifier les propriétés de surface, ce qui entraîne des mesures incohérentes et imprécises.
Solution : Assurer un nettoyage en profondeur des surfaces et effectuer des mesures dans des environnements contrôlés afin de minimiser la contamination.
Détails: Les variations de rugosité de surface peuvent affecter la façon dont les gouttelettes interagissent avec la surface, ce qui a un impact sur l’angle de glissement. Les surfaces rugueuses peuvent créer des incohérences en raison d’un mouillage inégal et d’une friction accrue.
Solution: Utilisez des surfaces lisses et uniformes pour des mesures précises. Appliquez des modèles qui tiennent compte des effets de rugosité de surface si les surfaces rugueuses sont inévitables.
Détails : Les changements de température peuvent influencer la viscosité et la tension superficielle du liquide, affectant l’angle de glissement. Une température constante est cruciale pour des mesures fiables.
Solution: Maintenir un environnement à température contrôlée pendant les expériences et calibrer les instruments pour tenir compte des variations de température.
Détails: Les méthodes d’inclinaison manuelle peuvent introduire des erreurs humaines et des incohérences dans les mesures. Les variations de la vitesse d’inclinaison et le jugement du point de glissement peuvent affecter la précision.
Solution: Utilisez des systèmes automatisés comme la méthode de la plaque basculante pour assurer des ajustements d’angle cohérents et précis, réduisant ainsi l’erreur humaine.
Détails : Le volume et la forme de la gouttelette peuvent affecter l’angle de glissement. Les gouttelettes plus grosses peuvent glisser à des angles différents par rapport aux plus petites en raison des changements de surface de contact et de poids.
Solution : Normalisez le volume des gouttelettes et assurez-vous d’une forme cohérente des gouttelettes pendant les mesures pour maintenir la précision.
Détails: Différents traitements de surface (par exemple, des revêtements hydrophobes ou hydrophiles) peuvent modifier considérablement l’angle de glissement. Ces traitements peuvent s’estomper avec le temps, ce qui affecte la répétabilité.
Solution: Assurez-vous que les traitements de surface sont appliqués uniformément et maintenus de manière constante. Vérifiez régulièrement les traitements et réappliquez si nécessaire.
Détails: Des facteurs environnementaux tels que l’humidité, le flux d’air et les vibrations peuvent avoir un impact sur les mesures de l’angle de glissement. Ces facteurs peuvent entraîner un comportement imprévisible des gouttelettes.
Solution: Effectuez des mesures dans un environnement contrôlé avec un minimum de perturbations externes pour garantir des résultats précis.
Détails : Les instruments utilisés pour mesurer les angles de glissement nécessitent un étalonnage précis. Un mauvais alignement ou un mauvais étalonnage peut introduire des erreurs importantes.
Solution: Étalonnez régulièrement les instruments conformément aux directives du fabricant et effectuez des vérifications de routine pour assurer l’exactitude.
Détails: L’interprétation des données d’angle de glissement implique souvent des calculs et des modèles complexes. Une mauvaise application de ces modèles peut conduire à des résultats inexacts.
Solution: Utiliser des outils logiciels pour l’analyse des données et assurer une compréhension approfondie des modèles théoriques appliqués.
En s’attaquant systématiquement à ces défis, les chercheurs peuvent obtenir des mesures d’angle de glissement plus précises et plus fiables, ce qui conduit à une meilleure caractérisation et application des matériaux.
Description : Nettoyez soigneusement les surfaces de l’échantillon et l’appareil de mesure pour éliminer tous les contaminants tels que la poussière, les huiles ou les résidus.
Méthode: Utilisez des solvants comme l’éthanol ou l’acétone, puis séchez-les à l’azote gazeux ou à l’air pur.
Description : Maintenir un environnement constant en termes de température, d’humidité et de circulation de l’air.
Méthode: Utilisez une chambre à environnement contrôlé si possible. Surveillez et enregistrez les conditions environnementales pendant chaque mesure.
Description : S’assurer que la surface de l’échantillon est lisse et uniforme pour minimiser les effets de la rugosité de surface sur les mesures.
Méthode: Utilisez le polissage ou d’autres techniques de préparation de surface. Vérifiez l’uniformité à l’aide d’un microscope ou d’autres outils d’analyse de surface.
Description : Utilisez des gouttelettes de volume et de forme uniformes pour chaque mesure afin d’assurer une surface de contact et un poids uniformes.
Méthode: Utilisez une seringue ou une micro-pipette précise pour distribuer des gouttelettes. Calibrez régulièrement la taille des gouttelettes.
Description : Utilisez des systèmes d’inclinaison automatisés pour obtenir des ajustements d’angle précis et cohérents.
Méthode: Utilisez des platines d’inclinaison motorisées qui peuvent être contrôlées et surveillées électroniquement pour réduire l’erreur humaine
Description : Effectuer un étalonnage régulier de tous les instruments de mesure pour assurer la précision.
Méthode: Suivez les directives du fabricant pour l’étalonnage. Utilisez des matériaux de référence standard pour vérifier les performances de l’instrument.
Description: Respectez une procédure normalisée pour chaque mesure afin d’assurer l’uniformité.
Méthode: Élaborez un protocole détaillé qui comprend des instructions étape par étape et assurez-vous que tous les opérateurs sont formés pour le suivre à la lettre.
Description: Assurez-vous que la vitesse à laquelle les gouttelettes se déposent sur la surface est constante afin d’éviter les variations dans le comportement de contact initial.
Méthode: Utilisez des systèmes automatisés de dépôt de gouttelettes si possible. S’il s’agit d’une méthode manuelle, former les opérateurs à maintenir une vitesse de dépôt constante.
Description : Enregistrez toutes les variables et conditions pertinentes pour chaque mesure, y compris la taille des gouttelettes, la méthode de préparation de surface, les conditions environnementales et les paramètres de l’équipement.
Méthode: Utilisez une feuille d’enregistrement de données standardisée ou un système d’enregistrement numérique.
Description: Effectuez plusieurs mesures pour chaque condition afin de garantir la fiabilité et la reproductibilité.
Méthode : Effectuez au moins trois répétitions pour chaque échantillon et faites la moyenne des résultats. Indiquez l’écart-type pour évaluer la variabilité.
Description: Examiner et affiner continuellement les procédures de mesure afin d’y intégrer des améliorations et de résoudre tout problème.
Méthode: Effectuer des audits périodiques du processus de mesure et recueillir les commentaires des opérateurs.
L’approche basée sur smartphone de Droplet Lab offre une précision de mesure de l’angle de glissement comparable à celle des instruments traditionnels, ainsi que la simplicité, la compacité et la portabilité. Cette méthode innovante surmonte les défis posés par le zoom optique des smartphones en utilisant un algorithme d’analyse d’image avancé.
L’instrument sur smartphone utilise à la fois les méthodes de Young-Laplace et d’ajustement polynomial pour calculer les angles de contact. Cependant, il utilise l’algorithme d’Otsu pour détecter le profil de chute à partir d’images zoomées numériquement, assurant ainsi une identification précise du point de contact. Pour les gouttes avec des reflets, l’algorithme détecte les changements de pente du profil de chute pour localiser les points de contact. Sans reflets, il identifie le point où la pente devient nulle.
Schéma du principe du système de détection de point de contact : (a) une image d’une goutte avec réflexion, (b) une image d’une goutte sans réflexion, et (c) une chute avec un angle de contact proche de 90 . La colonne de droite affiche les profils détectés numériquement (la case en pointillés indique la zone estimée pour guider les yeux).
Gestion de différents profils de chute :
Validation expérimentale :
Les performances de l’instrument pour smartphone ont été testées contre des gouttes synthétiques avec des angles de contact connus, atteignant une précision de 0,01 %
Résumé de l’erreur pour les mesures d’angle de contact synthétiques à l’aide des méthodes d’ajustement de Young-Laplace et Polynomial.
Comparaison entre les résultats de mesure des instruments commerciaux et des smartphones (mesure de l’angle de contact en avant et en retrait). Pour chacune des surfaces, trois gouttes différentes ont été utilisées. Les valeurs rapportées sont la valeur moyenne de trois mesures.
Pour plus d’informations, veuillez vous référer à l’article publié par nos fondateurs dans AIP Publishing – Review of Scientific Instruments.
Applications pédagogiques et pratiques :
Description: Explorez des surfaces aux propriétés de mouillage extrêmes, caractérisées par des angles de glissement très élevés ou très faibles. Les surfaces superhydrophobes font rouler facilement les gouttelettes d’eau, imitant l’effet de la feuille de lotus, tandis que les surfaces superhydrophiles permettent à l’eau de se répandre entièrement.
Applications: Ces surfaces sont essentielles au développement de matériaux autonettoyants, de revêtements antisalissures et de textiles hydrofuges.
Description : Étudier le comportement des gouttelettes dans des conditions dynamiques, telles que des vitesses d’inclinaison et des accélérations variables. Il s’agit d’observer comment les gouttelettes passent de l’adhérence au glissement et de comprendre l’impact de l’inertie et des forces de surface.
Applications: Important pour les applications dans les technologies d’impression, les processus de revêtement et la compréhension du comportement des gouttelettes dans les dispositifs microfluidiques.
Description : Étudier comment les traitements chimiques (par exemple, les revêtements hydrophobes) et les modifications physiques (par exemple, la micro/nanostructuration) modifient les angles de glissement. Cela comprend l’étude des effets des modifications de l’énergie de surface et de la rugosité.
Applications: Utile dans le développement de matériaux avancés pour les implants biomédicaux, les surfaces antigivrage et les revêtements haute performance.
Description : Examinez comment des facteurs externes tels que l’humidité, la température et la pression atmosphérique affectent les angles de glissement. Il s’agit de comprendre l’interaction entre les conditions environnementales et les propriétés de surface.
Applications : Essentiel pour les applications extérieures de revêtements et de matériaux, tels que dans les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale et de la construction.
Description : Analyser comment les propriétés rhéologiques interfaciales (par exemple, la viscoélasticité) et la déformation des gouttelettes affectent l’angle de glissement. Il s’agit notamment d’étudier comment les gouttelettes se déforment sous l’influence des forces de surface et de l’attraction gravitationnelle.
Applications: Pertinent pour les formulations dans les domaines pharmaceutique, des sciences alimentaires et pour la compréhension du comportement des fluides complexes sur les surfaces.
Description: Utilisez des caméras haute vitesse et des modèles informatiques avancés pour capturer et simuler le comportement de glissement des gouttelettes en temps réel. Cela implique une analyse détaillée de la dynamique de la ligne de contact et du mouvement des gouttelettes.
Applications : Améliore la précision des mesures de l’angle de glissement et fournit des informations plus approfondies sur les interactions gouttelettes-surface, ce qui profite à la recherche en dynamique des fluides et en ingénierie des surfaces.
Description : Développer des techniques de mesure des angles de glissement à l’échelle nano et micro, où les forces de surface dominent les forces gravitationnelles. Cela comprend l’utilisation de la microscopie à force atomique (AFM) et d’autres outils à haute résolution.
Applications : Crucial pour la conception et l’essai de surfaces dans les nanotechnologies, la microélectronique et les dispositifs biomédicaux où un contrôle précis des propriétés de mouillage est essentiel.
La mesure de l’angle de glissement est un aspect crucial de la science des surfaces, car elle permet de mieux comprendre la mouillabilité, l’adhérence et les interactions entre les matériaux. La compréhension et la mesure précise des angles de glissement peuvent être à l’origine de progrès dans diverses industries, des revêtements et des dispositifs biomédicaux à la nanotechnologie et à la microfluidique. Ce guide a exploré des concepts fondamentaux, des techniques de mesure détaillées et des sujets avancés, fournissant aux chercheurs et aux professionnels les connaissances nécessaires pour optimiser leurs efforts d’ingénierie de surface. En relevant les défis et en utilisant des méthodes précises, nous pouvons améliorer les performances des matériaux et innover des solutions à des problèmes complexes liés à la surface.
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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