접촉각 측정 실험예비보고서

소개글

접촉각 측정 실험예비보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험이론
- 접촉각
- Young's Equation
- 접촉각에 영향을 주는 요인
- 표면에너지의 정의
- 고체의 접촉각 측정 방법 (동적, 정적 측정법)
- 고체의 표면에너지 계산 방법

본문내용

A > 0.1 ㎛ and Θ > 86도 → Θ 증가
( 표면이 소수성일 경우 물방울이 물방울끼리 응집하려는 효과 때문에 오히려 값이 올라간다. )
RA > 0.1 ㎛ and Θ < 60도 → Θ 감소
( 표면이 친수성일 경우 물방울이 표면과 더 달라붙으려고 해서 값이 감소하는 것 이다
,또한 표면에 rough할 수록 표면적이 늘어나는 효과 )
RA > 0.1 ㎛ and 60도 < Θ < 86도 → 변화없슴(!)
즉 매우 미세한 거칠기에는 영향을 받지 않고 0.1 ㎛를 기준으로 값의 변동이 큼을 알 수 있다. 60도 이하면 친수성 경향이 있다고 여겨지고 70도 이상이면 소수성 경향이 있다고 말하곤 한다. (사람마다 친수성과 소수성의 기준은 매우 다르다)
⑦정량공급율: 동적 접촉각을 측정하는 경우 방울 체적은 액량이 감소함에 따라 체적이 변한다. 방울의 가장자리가 움직이기 시작하면서 이들 움직임의 속도가 접촉각에 영향을 미치게 된다. 문헌에 의하면 정량 공급 속도는 분당 0.01부터 0.1ml/m 정도가 적당하다고 되어있다. 또한, 공급속도에 대해서는 정량공급 비율과 방울 동작사이에는 비례관계가 성립하지 않는다고 보고되어 있다.
일반적인 경우 정량공급의 양은 분당 5 ㎕~ 20 ㎕ 정도입니다.
⑧장비의 카메라의 기울기 정도: 장비의 카메라의 기울기도 접촉각의 변화를 유발한다. 정확하게 구별 될 정도의 값이 주어지지는 않지만 장비 회사의 카달로그를 잘 보시면 어느정도의 변화량인지 알 수 있다. 기울기정도가 1도 증가하면 약 0.2도정도의 오차를 보인다. 그렇지만 이 값도 측정하고자 하는 물방울의 각도에 따라 다른데 낮은 접촉각의 경우가 더 큰 영향을 받는다. 실제 측정시에는 5도를 넘기지 않는것이 접촉각측정에 있어서 좋을 것 이다.
⑨렌즈의 영향과 백그라운드 라이트 효과: 렌즈는 그 특성상 빛의 굴절을 유발한다. 따라서 많은 대물렌즈를 거쳐서 들어오는 영상은 그 자체가 일그러짐을 가지고 있을 수 있다. 특히 렌즈의 끝으로 갈수록 더욱 심해진다. 그래서 어떤 장비의 경우는 렌즈가 없이 그냥 원통만을 사용하기도 한다. 또한 측정 시 뒤쪽의 배경광의 강도가 매우 중요한데 너무 강도가 세면 빛의 굴절을 유발하여 측정오차를 증가시키고 너무 빛이 약하면 노이즈가 증가하고 측정을 불가능하게 한다. 적당한 빛의 밝기는 사용자가 경험적으로 터득하는 경우가 많으며 측정하고자 하는 시편의 반사율과도 영향을 가진다.
-표면에너지
①물질의 표면에너지
원자 결합이 끊어져 나타나는 에너지
단위면적당 표면에너지 크기는 물질의 원자결합력 크기에 의존
결정면에 따라 異方性을 나타낸다
원자의 충진밀도가 클수록 표면에너지가 낮다
가로로 충진이 많으면 세로축에는 비교적 적다
표면에너지 크기(격자에너지의 약1/10)
모든 물체는 표면에너지를 줄여 열역학적으로 안정화되려는 경향 有
a.표면적을 줄이는 방법
b.다른 물체(기체, 액체, 고체)와 결합하여 표면에너지를 줄이는
방법
ex) 운모, 진공 中 : 4500ergs/㎠, 공기중 : 375ergs/㎠
입계나 계면도 부분적으로 원자결합이 끊어진 결함의 일종
표면에너지나 입계에너지를 줄이기 위해 소결시 석출(precipitation) 이나 용질편석(solute segregation)이 발생하며 또한 치밀화와 입성장이 발생한다.
②열역학적 표면에너지
a.표면장력(surface tension) γ
: 표면을 단위면적 만큼 증가시키는데 필요한 일
b.표면 에너지
: 단일상에서 가지는 system의 총 자유 energy G
dG = -SdT + VdP + γdA +μdn
γ : 표면 에너지 A : area
μ : chemical potential n : # of molecular
if T, P, n = const, dG = γdA
: 물질의 표면적 변화에 따르는 자유에너지 변화
③표면에너지와 소결
소결의 구동력 : Excess surface energy의 감소
소결시 일어나는 에너지 변화
: 기체와 만나는 고체의 표면 에너지
: 고상끼리 만나는 표면 에너지
: 입자 표면적 및 입계면적
소결조건 : dG < 0 ⇒ 소결시에는 이고 이므로 항상
dG < 0이다
if 라고 가정하면
: 소결체 표면적
: 분말 표면적을 크게 해야 구동력 大
-Young's equation: 고체의 표면 위에 놓여있는 액체 방울이 평형상태에 있을 때, 고체 및 액체의 표면장력(表面張力)을 각각 γs, γl, 고체와 액체간의 계면장력(界面張力)을 γsl, 고체와 액체간의 접촉각(接觸角)을 θ라 하면,
γs ＝ γsl ＋γl ·cosθ
의 관계식이 성립하는데, 이식을 Young 의 식이라 한다. 여기서 θ는 그 고체와 액체가 이루는 접촉각이고, 액체 방울이 고체 면과 닿는 점에서 액체 면에 대해서 그린 접선과 고체 면이 이루는 각(角)에서 액체를 포함하는 방향의 각이다. 접촉 각은 고체 면에 액체가 젖기 쉬울수록 작아지기 때문에 젖음(wetting)의 척도(尺度)로 이용된다. 또한 위에서 보인 바와 같은 경우 액체방울의 아래 쪽 고체 면은 젓게 되는데, 이것은 "부착(付着)에 의한 젖음"에 해당한다. 즉, "부착 젖음의 일" 즉 단위면적으로 접(接)하고 있는 양자(兩者)를 때어놓는데 필요한 일 WA 는,
WA ＝γl ＋γs －γsl
로 나타낼 수 있는데, 이를 Dupre 의 식이라 한다. 이 식을 Young 의 식과 결합시키면,
WA ＝γl(1 ＋ cosθ)
가 된다. 이 식을 Young-Dupre 의 식이라 한다. Dupre 의 식은 2 종류의 액체간에도 성립한다.
4.참고 문헌
1)염색가공용어사전,염색기술연구소
2)저에너지 전자와 표면화학, G. ERTL 등저, 대한교과서
3)표면장력 , 표면에너지 및 표면자유에너지의 등가성, Ip, S.W., Toguri, J.M. ,Chapman and Hall, P688-692쪽
4)물리화학실험, 형설출판사 ,Hugh W. Salzberg 외 2명
5)화학공학실험, 사이텍미디어 ,성기천 외 2명
6)최신 이화학 대사전, 김학제 외 3인 편저, 법경 출판사
7)물리 화학 실험대사전, 문성명 편저, 한국 사전 연구사, 1994, p.465,1127

키워드

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