Oberflächenenergie

Die Oberflächenenergie ist eine Materialkenngröße, die bestimmt, ob eine Oberfläche durch eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) benetzt wird oder die Flüssigkeit leicht abperlt (Beispiel: selbst-reinigende Oberflächen). Die Oberflächenenergie bestimmt auch, ob ein anderer fester Körper gut oder schlecht an ihm haften bleibt (Beispiel: Teflonbratpfanne).

Mittels der Kontaktwinkelmessung kann das Benetzungsverhalten eines Festkörpers quantifiziert werden. Dabei wird der Randwinkel eines Tropfens einer Testflüssigkeit im sogenannten Drei-Phasen-Punkt gemessen. Außerdem kann die Oberflächenenergie des Festkörpers als Maß für das Adhäsionsverhalten und die Oberflächenspannung der Testflüssigkeiten ermittelt werden.

Am Fraunhofer IST wird ein optisches Kontaktwinkelmessgerät der Firma Dataphysics verwendet. Dieses ist mit sechs Testflüssigkeiten zur Oberflächenenergieberechnung ausgestattet. Außerdem lässt sich das Benetzungsverhalten beliebiger Testflüssigkeiten messen. Da das Benetzungsverhalten temperaturabhängig ist, besteht die Möglichkeit, Messungen mit Hilfe einer Peltier-Thermostatisiereinrichtung bei bestimmten Temperaturen in einem Bereich von -10 °C bis 150 °C und unter definierten Atmosphären durchzuführen.

Die Messungen können sowohl dynamisch als auch statisch durchgeführt werden. Bei der dynamischen Messung kann sowohl der Fortschreite- als auch Rückschreitewinkel gemessen werden. Außerdem können Adsorptionsvorgänge mittels der Videoerfassung analysiert werden.

Kontaktwinkelmessung

Contact angle measurement
© Fraunhofer IST
Kontaktwinkelmessung
© Fraunhofer IST

Die Oberflächenenergie wird durch Kontaktwinkelmessung mit sechs verschiedenen Referenz-Flüssigkeiten bestimmt. Dadurch kann auch der polare und der disperse Anteil der Oberflächenenergie bestimmt werden. Untersucht wurden Modifikationen von amorphem Kohlenstoff (a-CH), die durch Dotierung mit verschiedenen Begleitelementen (F … O) hergestellt wurden. Zum Vergleich ist auch Teflon (PTFE) angegeben.