Technical Note Praxis der Kontaktwinkelmessung (2) Technical note: Industry section: Drop Shape Analyzer – DSA100 Method: Keywords: methods, sample preparation, contact angle, sessile drop, plate Messung mit wohl dosierten Tropfen Im zweiten Teil unserer Serie zur Praxis der Kontaktwinkelmessung dreht sich alles um die Dosierung. Was unterscheidet statische von dynamischen Kontaktwinkeln? Welchen Einfluss hat das Tropfenvolumen? Wie kann der Tropfen auf die Probe aufgebracht werden? Die Klärung dieser Fragen verhilft dazu, die Dosierbedingungen genau auf die Fragestellung und den Einsatzbereich der Proben abzustimmen und mit einigen in der Praxis auftretenden Problemen umzugehen. Kontaktwinkelgeräte mit computergesteuerten Probentischen und Multidosiersystemen bieten eine Vielfalt von Möglichkeiten für die Tropfendosierung. Die Art und Weise der Tropfenerzeugung und des Kontaktes mit der Probe kann genau auf die jeweilige Problemstellung abgestimmt werden. Dynamische oder statische Messung Der Kontaktwinkel beschreibt nach Young den Zusammenhang zwischen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und des Festkörpers sowie der Grenzflächenspannung zwischen den Phasen. Aufgrund dieses Zusammenhangs wird der Young-Kontaktwinkel θ zur Beschreibung von Benetzungsvorgängen herangezogen: Grenzflächenspannung beschreiben. KRÜSS GmbH | Borsteler Chaussee 85 | 22453 Hamburg | Germany | www

Der Kontaktwinkel kann entweder mit konstantem oder veränderlichem Tropfenvolumen bestimmt werden. Im ersten Fall spricht man von statischen Kontaktwinkeln, im zweiten von dynamischen, wobei zwischen Fortschreitwinkeln (bei anwachsendem Tropfenvolumen) und Rückschreit- oder Rückzugswinkeln (bei abnehmendem Tropfenvolumen) unterschieden wird – die seltener gemessenen Rückzugswinkel werden in diesem Artikel nicht behandelt. Bei einer theoretischen, idealen Festkörperoberfläche bestehen weder chemische noch topographische Inhomogenitäten, so dass der Kontaktwinkel einer Flüssigkeit an jeder Position...

Knapp zusammengefasst nutzen viele Anwender den dynamischen Kontaktwinkel wegen seiner geringeren Streuanfälligkeit. Zugleich gibt es Gründe, den statischen Kontaktwinkel vorzuziehen – bedingt durch die Fragestellung oder aus messpraktischen Erwägungen. Tropfenvolumen Für die Wahl des Dosiervolumens gibt es keine „goldene Regel“. In der Theorie ist der Young-Kontaktwinkel vom Tropfenvolumen unabhängig – jedenfalls im makroskopischen Bereich. Erst bei sehr kleinen Tropfen, zum Beispiel bei Kondensationsprozessen, kommt die „Line Tension“ ins Spiel, die mit der Überschuss-Energie der PhasenKontaktlinie...

Eine Sonderbehandlung benötigen extrem große Kontaktwinkel, zum Beispiel bei Wassertropfen auf ultrahydrophoben Proben. Häufig ist es schwierig, den Tropfen auf die Probe zu bringen, weil die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit und die Adhäsion an der Nadel weitaus größer sind als die Adhäsion der Flüssigkeit auf der Probe. Oft hilft es, zunächst einen kleinen Tropfen zu dosieren und diesen durch Kanülenoder Probentischbewegung mit der Probe in Kontakt zu bringen. Danach kann dann das Dosiervolumen langsam vergrößert werden, bis der Tropfen groß genug ist, um sich bei der Vergrößerung des Abstands...