Interfaces et surfaces expliquées
Figure 1 : Les interfaces existent là où deux phases immiscibles se rencontrent. Si l'une des phases est l'air environnant, l'interface est communément appelée surface.
Les interfaces se forment là où deux phases se rencontrent. Les interfaces possèdent diverses propriétés, telles que leur tension interfaciale ou leur potentiel zêta, qui peuvent être quantifiées avec les bonnes méthodes de mesure. L'étude de ces propriétés est importante lorsqu'une interface est modifiée, par exemple pour produire un mouillage ou une adhérence plus forte ou plus faible.
Quelle est la différence entre une interface et une surface ?
Une interface est le plan de contact entre deux phases qui ne se mélangent pas. Une phase
est une zone dans laquelle les quantités physiques ne changent pas brusquement. Les phases peuvent être solides, liquides ou gazeuses. Il existe cinq types d'interfaces :
- solide-solide
- solide-liquide
- solide-gazeuse
- liquide-liquide
- liquide-gazeuse
Puisque les gaz se mélangent entre eux, il n'existe pas d'interfaces gazeuse-gazeuse. Le terme surface
est couramment utilisé pour les interfaces solide-gazeuse et liquide-gazeuse. Ainsi, interface
est le terme générique pour toutes les zones de contact. Une surface se réfère à deux formes spécifiques d'interfaces.
À quoi ressemble une interface en détail ?
Les interfaces ne sont pas des frontières nettes et bidimensionnelles. En particulier dans le cas de l'interface liquide-gazeuse, il existe une zone tridimensionnelle étendue où les deux phases passent progressivement l'une dans l'autre (voir Figure 1). Cependant, pour les observations macroscopiques, l'hypothèse simplifiée d'une interface mince avec une transition abrupte est suffisante.
Quelles propriétés peuvent avoir les interfaces et les surfaces ?
Les interfaces peuvent avoir des propriétés différentes de celles du coeur de la phase. Ces dernières décennies, une branche scientifique distincte a donc émergé, se consacrant exclusivement à l'étude et à la modification des interfaces et des surfaces.
La caractérisation précise des interfaces est d'une grande importance non seulement en recherche, mais aussi dans de nombreuses industries. Les propriétés des interfaces sont extrêmement variées. Le fabricant d'instruments de mesure DataPhysics Instruments s'est donc spécialisé dans l'investigation des paramètres les plus importants.
L'étude du comportement au mouillage d'un liquide sur un solide est pertinente dans de nombreuses industries. Des paramètres importants pour le comportement au mouillage sont les angles de contact statiques et dynamiques. Les angles de contact peuvent être mesurés, par exemple, lorsqu'une goutte repose sur une surface solide. D'autres paramètres, tels que l'énergie de surface des solides avec leurs composantes polaires et dispersives, peuvent également être déterminés à partir de l'angle de contact.
L'adhésion entre deux phases résulte de l'énergie interfaciale et d'autres propriétés de l'interface, telles que sa structure et sa rugosité. L'adhésion peut être calculée comme le travail d'adhésion ou mesurée directement comme une force d'adhérence.
Pour étudier la situation de charge près de la surface, la mesure du soi-disant potentiel zêta est utile. DataPhysics Instruments propose un appareil de mesure capable d'étudier le potentiel zêta des poudres, des fibres et des solides en forme de plaque.
D'autres paramètres incluent la tension de surface et la tension interfaciale des liquides. La tension de surface qu'un liquide développe dans l'air environnant influence le comportement au mouillage du liquide sur un solide. La tension interfaciale entre deux liquides peut fournir des informations sur la façon dont ces deux liquides se comportent l'un par rapport à l'autre.
Pour analyser la stabilité des dispersions liquides dans le temps, une investigation optique de la stabilité et du vieillissement s'est avérée utile. Les mélanges multiphasiques liquides doivent ainsi être examinés en ce qui concerne leurs processus de déstabilisation, tels que la sédimentation et le crémage.
Les conditions environnementales peuvent modifier les propriétés des interfaces. Par exemple, la concentration en tensioactifs, l'humidité de l'air ou la température influencent les propriétés des interfaces. Ces facteurs doivent être surveillés et, si nécessaire, contrôlés durant les expériences menées.