¿Cómo medir la energía superficial de un sólido-sólido?

Existen muchas técnicas para medir la energía superficial entre un líquido y un líquido o un líquido y un gas (ver, por ejemplo, la página wiki) .

Los métodos para medir la energía superficial entre un sólido y un fluido son raros, pero todavía hay un método desarrollado por Zisman (ver, por ejemplo , aquí ) que le permite al menos estimarla por extrapolación para sólido/gas o sólido/líquido, dependiendo de el entorno que utiliza en su experimento

Lo que me pregunto: ¿existe un método para medir la energía superficial entre dos sólidos no elásticos?

Una opción en la que podría pensar es que podría derretir uno de los sólidos y luego usar la técnica de Zisman, pero esto limitará su conocimiento a la energía superficial de alta temperatura, mientras que los de baja temperatura son lo que normalmente le interesa.

EDITAR: solo para referencia futura, este es un estudio sobre energías superficiales entre 2 sólidos, pero 1 es altamente elástico

Solo una cuestión terminológica que en realidad puede ser más que terminológica: nunca hablamos de tensión superficial que involucre sólidos. en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension La tensión superficial solo se aplica a los líquidos; la noción de "energía superficial" es más general y también puede aparecer para los sólidos. Pero debido a que la superficie no está tratando de remodelarse y "estirarse" para los sólidos, porque es sólida y lo está haciendo para los líquidos, la tensión superficial es un término solo para líquidos.
Eso es realmente un buen punto. Normalmente uso los términos algo intercambiables, pero estoy de acuerdo en que en el caso de los sólidos no tiene mucho sentido hablar de tensión superficial.
Piense en los experimentos de fluencia a alta temperatura que utilizan muestras policristalinas de grano muy fino para medir la energía de activación térmica de la fluencia por difusión pura. Es posible que pueda estimar la energía de superficie intergranular promedio utilizando una ley de fluencia de difusión.
Realmente no entiendo cómo funcionaría eso. ¿Podrías expandirte un poco? ¿Y no tiene esto el mismo problema que derretir el material, es decir, obtienes la energía de la superficie a altas temperaturas?
@MarkRovetta, ¿podría explicar este experimento de fluencia?
Esto fue solo un pensamiento. En tamaños de grano pequeños, la tasa de crecimiento de grano y la fluencia de difusión podrían estar determinadas por la creación o aniquilación de "vacíos e intersticiales" cerca del límite de grano en movimiento. La tasa de activación térmica (ley de Arrhenius) y las mediciones de la tasa del proceso podrían estimar la energía de activación efectiva. Un modelo del proceso podría estimar una energía de formación promedio para el límite de grano. En el mejor de los casos, una estimación de una energía de límite de grano promedio para un policristal multifásico. Ver fluencia por difusión

Respuestas (1)

Investigué un poco y descubrí que existe una técnica que existe desde hace aproximadamente 10 años y es sorprendentemente simple (si tiene el equipo adecuado y costoso). Se puede encontrar en este documento de JCIS (que también está disponible gratuitamente aquí ).

La técnica funciona de la siguiente manera: un microscopio de fuerza atómica (AFM) con una punta esférica bien definida hecha de sólido 1 se pone en contacto con el sólido 2. Luego se retira la punta de la superficie nuevamente y se mide el trabajo de adhesión. Con base en la fuerza de tracción y los modelos teóricos de la mecánica de contacto (para más detalles, consulte el documento), puede calcular la energía superficial γ entre los dos sólidos de la siguiente ecuación:

γ = F 2 π C R
dónde F es la fuerza de tracción, R es el radio de la punta y C es una constante entre 1,5 y 2 dependiendo de los detalles del modelo de contacto. El documento explica cómo elegir qué modelo es apropiado para el tipo de medición que realiza.

Se aplican algunas condiciones (supuestos) para los modelos teóricos:

  1. las deformaciones de los materiales son puramente elásticas, descritas por la teoría clásica de la elasticidad continua
  2. Los materiales son elásticamente isotrópicos.
  3. Tanto el módulo de Young como la relación de materiales de Poisson permanecen constantes durante la deformación.
  4. el diámetro de contacto entre la partícula y el sustrato es pequeño en comparación con el diámetro de la partícula
  5. un paraboloide describe la curvatura de la partícula en el área de contacto partícula-sustrato
  6. no se forman enlaces químicos durante la adhesión
  7. el área de contacto excede significativamente las dimensiones moleculares/atómicas

El documento explica con bastante detalle cómo las desviaciones de estas condiciones suelen ser fuente de error, pero también cómo se pueden cumplir para obtener una medición adecuada.

Entonces, para concluir: la energía superficial de un sistema sólido-sólido se puede medir usando AFM cuando se tiene en cuenta que se cumplen completamente los supuestos de los modelos utilizados en el procesamiento de datos.

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