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Escrito por Dr. Amit Pratap Singh
Reseña escrita por Dr. Alidad Amirfazli
Revisado: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Industrial and Mechanical Industry.
En esta nueva guía aprenderás todo sobre:
Vamos a sumergirnos en ello.
Surface properties play a fundamental role in the field of Mechanical and Industrial Engineering. The interaction of materials and components with the environment and other materials takes place primarily on surfaces. For example, the contact between two machine parts, the flow of fluids in pipes, or the adhesion of coatings to substrates. The outcome of all these interactions is influenced by surface properties. As such, they play a critical role on product design, manufacturing processes, and the overall performance of engineered systems. Therefore, understanding and controlling these properties are essential for achieving optimal performance, efficiency, and reliability in various industrial processes and applications.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Industrial and Mechanical products and improve their quality.
Joven – Método Laplace
Método polinómico
Ángulo de contacto dinámico
Idealmente, cuando colocamos una gota sobre una superficie sólida, existe un ángulo único entre el líquido y la superficie sólida. Podemos calcular el valor de este ángulo de contacto ideal (el llamado ángulo de contacto de Young) utilizando la ecuación de Young. En la práctica, debido a la geometría de la superficie, la rugosidad, la heterogeneidad, la contaminación y la deformación, el valor del ángulo de contacto en una superficie no es necesariamente único, sino que se encuentra dentro de un rango. Llamamos a los límites superior e inferior de este rango el ángulo de contacto de avance y el ángulo de contacto de retroceso, respectivamente. Los valores de los ángulos de contacto de avance y retroceso para una superficie sólida también son muy sensibles. Pueden verse afectados por muchos parámetros, como la temperatura, la humedad, la homogeneidad y la contaminación diminuta de la superficie y el líquido. Por ejemplo, los ángulos de contacto de avance y retroceso de una superficie pueden diferir en diferentes ubicaciones.
Las superficies y los recubrimientos prácticos muestran naturalmente histéresis de ángulo de contacto, lo que indica un rango de valores de equilibrio. Cuando medimos ángulos de contacto estáticos, obtenemos un solo valor dentro de este rango. Confiar únicamente en mediciones estáticas plantea problemas, como una repetibilidad deficiente y una evaluación incompleta de la superficie con respecto a la adherencia, la limpieza, la rugosidad y la homogeneidad.
En aplicaciones prácticas, necesitamos comprender la facilidad de dispersión del líquido de una superficie (ángulo de avance) y la facilidad de eliminación (ángulo de retroceso), como en la pintura y la limpieza. La medición de los ángulos de avance y retroceso ofrece una visión holística de la interacción líquido-sólido, a diferencia de las mediciones estáticas, que arrojan un valor arbitrario dentro del rango.
Esta información es crucial para las superficies del mundo real con variaciones, rugosidad y dinámica, lo que ayuda a industrias como la cosmética, la ciencia de los materiales y la biotecnología a diseñar superficies efectivas y optimizar los procesos.
Aprenda cómo se realiza la medición del ángulo de contacto en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición del ángulo de contacto, lea nuestra medición del ángulo de contacto: la guía definitiva
Esta propiedad mide la fuerza que actúa sobre la superficie de un líquido, con el objetivo de minimizar su superficie.
Tensión superficial dinámica
La tensión superficial dinámica difiere de la tensión superficial estática, que se refiere a la energía superficial por unidad de área (o fuerza que actúa por unidad de longitud a lo largo del borde de una superficie líquida).
La tensión superficial estática caracteriza el estado de equilibrio de la interfaz líquida, mientras que la tensión superficial dinámica explica la cinética de los cambios en la interfaz. Estos cambios podrían implicar la presencia de tensioactivos, aditivos o variaciones en la temperatura, la presión y la composición en la interfaz.
La tensión superficial dinámica es esencial para los procesos que implican cambios rápidos en la interfaz líquido-gas o líquido-líquido, como la formación de gotas y burbujas o la coalescencia (cambio de área superficial), el comportamiento de las espumas y el secado de pinturas (cambio de composición, por ejemplo, evaporación del solvente). Lo medimos analizando la forma de una gota colgante a lo largo del tiempo.
La tensión superficial dinámica se aplica a diversas industrias, incluidas las cosméticas, los recubrimientos, los productos farmacéuticos, la pintura, los alimentos y las bebidas, y los procesos industriales, donde la comprensión y el control del comportamiento de las interfaces líquidas son esenciales para la calidad del producto y la eficiencia del proceso.
Aprenda cómo se realiza la medición de la tensión superficial en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición de la energía superficial, lea nuestra medición de la tensión superficial: la guía definitiva
Aprenda cómo se realiza la medición de la energía superficial en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición de la energía superficial, lea nuestra medición de la energía superficial: la guía definitiva
El ángulo de deslizamiento mide el ángulo en el que una película líquida se desliza sobre una superficie sólida. Se emplea comúnmente para evaluar la resistencia al deslizamiento de una superficie.
Aprenda cómo se realiza la medición del ángulo de deslizamiento en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición del ángulo de deslizamiento, lea nuestra medición del ángulo de deslizamiento: la guía definitiva
Within the Industrial and Mechanical industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Desafiar : In the marine engineering field, maintaining the performance of underwater equipment such as bearings is critical.
Solución : Engineers have worked on hydrophobic bearings for submerged applications by creating low sliding angle surfaces. The hydrophobicity in bearings helps in reducing the friction between moving parts in underwater machinery, such as ship propellers and underwater vehicles. Lower sliding angles help in smoother operation, increased efficiency, and reduced wear and tear enhancing the reliability of marine equipment.
Desafiar : In the aviation industry, ice formation on aircraft surfaces is a big concern. Ice accumulation on aircraft wings disrupts airflow which leads to reduced lift and control.
Solución : Engineers have worked on an anti-icing systems that depends on contact angles. By carefully controlling the contact angle superhydrophobic surfaces are created. It makes sure that ice cannot easily stick to the aircraft’s wings and surfaces. The new superhydrophobic surface enhanced safety by preventing ice accumulation and reduced the weight and energy consumption associated with traditional de-icing methods.
Desafiar : In 3D Printing, controlling the surface tension of printing materials is essential for achieving precise and high-quality prints.
Solución : Engineers have developed 3D printing material that has relatively low surface tension. Lower surface tension promotes better wetting and adhesion of the printing material to the build surface and between successive layers. Therefore, the new 3D printing material will offer improved print quality, reduced defects such as warping and delamination, and enhanced overall printing reliability. It will help the 3D printing material spread evenly across the build surface, creating strong bonds between layers and will reduce the likelihood of issues like “elephant’s foot” (excessive material squishing at the first layer) or “stringing” (unwanted thin strands of material).
Desafiar : The development of devices like Catheters requires blood-repellent surfaces to prevent clotting and ensure smooth functioning.
Solución : In the medical industry, a superhydrophobic coating with a high contact angle is applied to the surfaces of medical devices. This creates a non-wetting surface that can repel blood and other bodily fluids. The high contact angle prevents blood from sticking to the surface of medical devices, reducing the risk of clot formation. It enhances the overall performance and safety of these devices.
Desafiar : In the automotive industry, it is important to maintain visibility during rain for driver safety.
Solución : In traditional windshield surfaces, water buildup is a common problem. It reduces visibility compromising driver safety. The industry has a unique solution to enhance rainwater repellency. A hydrophobic coating with a low sliding angle is applied to automotive windshields. The low sliding angle makes sure that rainwater easily slides off the surface. It improves visibility during wet conditions. The hydrophobic coating significantly reduces water buildup on windshields, leading to improved driver visibility and safety during rainy weather.
Si está interesado en implementar estas u otras aplicaciones, póngase en contacto con nosotros.
In an industry where precision reigns supreme, where do Industrial and Mechanical manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
Halide ion chloride and fluoride ions can contribute to external stress corrosion cracking (ESCC) in the absence of inhibiting ions when deposited and concentrated on the surface of austenitic stainless steel. Therefore, this standard provides the test methods for laboratory procedures for the determination of water-leachable chloride, fluoride, silicate, and sodium ions in thermal insulation materials in the parts per million range.
Esperamos que esta guía te haya enseñado cómo aplicar la ciencia de superficies en la industria cosmética.
Ahora nos gustaría entregárselo a usted:
Droplet Lab fue fundado en 2016 por el Dr. Alidad Amirfazli, miembro de la facultad de la Universidad de York, y dos de sus investigadores, el Dr. Huanchen Chen y el Dr. Jesús L. Muros-Cobos.
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