基礎技術解説濡れ・気泡・付着・表面処理

表面粗さと素材割合によって接触角は変化する

固体表面での接触角
固体表面での接触角

固体表面に液滴が触れると、右図のように接触角が形成される。液滴の接触角は、表面エネルギー、や濡れ仕事といった表面の熱力学的なエネルギー収支を反映している。ただ、この接触角は、固体表面の物理量の簡単な測定手法としても有効である。具体的には、固体の表面積や面積割合が、精度高く計測できる。これには、Wenzelの式とCassieの式といった関係式を用いる。これらの式は、Youngの式と並んで固体表面の濡れ性の基本式である。

液体の濡れ性は、固体表面の粗さに敏感である。粗面の濡れ性は、以下のWenzelの式で表せる。

cos θw = r cos θ

固体表面での接触角
固体表面での接触角

ここで、θwは粗い面上での接触角を表し、θは同じ材質で平坦面での接触角を表す。rは平面に対する粗面の面積比(r≧1)を表す。表面が粗いほど、面積比rは増大する。この面積比に対して、右図のように、濡れ特性を図示できる。Wenzelの式は、θ<90度ではθw<θとなり、θ>90度では、θw>θとなることを示している。すなわち、表面粗さが増加するにつれて、親水性表面では接触角が小さくなり、疎水性表面では接触角がさらに増大する。接着剤や半田付けのように、表面が粗いと濡れやすい現象は、この関係式に基づく。よって、これらのデータベースを構築すれば、下式のように固体の表面積測定が可能となる。

r = cos θw / cos θ

この続きは、お問い合わせください。

以下のような図や解説が続きます。

  • [図] 複合基板上での接触角(Cassieの式)
  • [図] Cassieの式による面積比の計測
  • [図] 複合基板上での接触角(Cassieの式)

お問い合わせフォーム

ページのトップへ戻る