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Geschrieben von Dr. Amit Pratap Singh
Bewertet von Dr. Alidad Amirfazli
Geprüft: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Utilities Industry.
In diesem brandneuen Leitfaden erfährst du alles über:
Lassen Sie uns gleich eintauchen.
Energy companies, gas utilities, and transformer maintenance form the utility sector, a cornerstone of modern infrastructure crucial for our daily lives. Global demand fluctuations directly impact this sector. To meet projected demand growth, ongoing efforts are focused on upgrading electricity transmission and distribution system policies. In the utility sector, any new development must consider the critical role of surface properties. Characteristics like contact angle, sliding angle, surface tension, and surface energy play a pivotal role in ensuring the efficiency, safety, and reliability of various operations. This guide aims to shed light on the importance of these surface properties in the utility sector and showcase the potential benefits of utilizing their measurements.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Utilities products and improve their quality.
Young – Laplace-Methode
Polynomiale Methode
Dynamischer Kontaktwinkel
Wenn wir einen Tropfen auf eine feste Oberfläche geben, besteht im Idealfall ein einzigartiger Winkel zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche. Den Wert dieses idealen Kontaktwinkels (den sogenannten Young-Kontaktwinkel) können wir mit Hilfe der Young-Gleichung berechnen. In der Praxis ist der Kontaktwinkelwert auf einer Oberfläche aufgrund der Oberflächengeometrie, Rauheit, Heterogenität, Verschmutzung und Verformung nicht unbedingt eindeutig, sondern liegt innerhalb eines Bereichs. Wir nennen die oberen und unteren Grenzen dieses Bereichs den fortschreitenden Kontaktwinkel bzw. den zurückweichenden Kontaktwinkel. Auch die Werte des vor- und zurückgehenden Kontaktwinkels für einen festen Untergrund sind sehr empfindlich. Sie können von vielen Parametern beeinflusst werden, wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Homogenität und kleinste Verschmutzung der Oberfläche und der Flüssigkeit. So können z.B. der vor- und zurückgehende Kontaktwinkel einer Fläche an verschiedenen Stellen unterschiedlich sein.
Praktische Oberflächen und Beschichtungen weisen von Natur aus eine Kontaktwinkelhysterese auf, die auf eine Reihe von Gleichgewichtswerten hinweist. Wenn wir statische Kontaktwinkel messen, erhalten wir einen einzigen Wert innerhalb dieses Bereichs. Sich ausschließlich auf statische Messungen zu verlassen, wirft Probleme auf, wie z. B. schlechte Wiederholgenauigkeit und unvollständige Oberflächenbewertung in Bezug auf Haftung, Sauberkeit, Rauheit und Homogenität.
In der Praxis müssen wir die Leichtigkeit der Flüssigkeitsverteilung (Vorschubwinkel) und die Entfernungsleichtigkeit (Rückzugswinkel) einer Oberfläche verstehen, z. B. beim Lackieren und Reinigen. Die Messung von Vorschub- und Rückzugswinkeln bietet eine ganzheitliche Sicht auf die Flüssig-Feststoff-Wechselwirkung, im Gegensatz zu statischen Messungen, die einen beliebigen Wert innerhalb des Bereichs liefern.
Diese Erkenntnisse sind entscheidend für reale Oberflächen mit Variationen, Rauheit und Dynamik und helfen Branchen wie Kosmetik, Materialwissenschaft und Biotechnologie bei der Gestaltung effektiver Oberflächen und der Optimierung von Prozessen.
Erfahren Sie, wie die Kontaktwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Kontaktwinkelmessung lesen Sie unsere Kontaktwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Diese Eigenschaft misst die Kraft, die auf die Oberfläche einer Flüssigkeit wirkt, mit dem Ziel, ihre Oberfläche zu minimieren.
Dynamische Oberflächenspannung
Die dynamische Oberflächenspannung unterscheidet sich von der statischen Oberflächenspannung, die sich auf die Oberflächenenergie pro Flächeneinheit (oder die Kraft, die pro Längeneinheit entlang des Randes einer flüssigen Oberfläche wirkt) bezieht.
Die statische Oberflächenspannung charakterisiert den Gleichgewichtszustand der Grenzfläche von Flüssigkeiten, während die dynamische Oberflächenspannung die Kinetik von Änderungen an der Grenzfläche berücksichtigt. Diese Veränderungen können das Vorhandensein von Tensiden, Additiven oder Schwankungen in Temperatur, Druck und Zusammensetzung an der Grenzfläche beinhalten.
Die dynamische Oberflächenspannung ist essentiell für Prozesse, die schnelle Änderungen an der Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche beinhalten, wie z. B. Tröpfchen- und Blasenbildung oder Koaleszenz (Änderung der Oberfläche), Verhalten von Schäumen und Trocknung von Lacken (Änderung der Zusammensetzung, z. B. Verdampfung von Lösungsmittel). Wir messen es, indem wir die Form eines hängenden Tröpfchens im Laufe der Zeit analysieren.
Die dynamische Oberflächenspannung gilt für verschiedene Branchen, darunter Kosmetika, Beschichtungen, Pharmazeutika, Farben, Lebensmittel und Getränke sowie industrielle Prozesse, in denen das Verständnis und die Kontrolle des Verhaltens von Flüssigkeitsgrenzflächen für die Produktqualität und Prozesseffizienz unerlässlich ist.
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenspannung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenspannungsmessung: Der endgültige Leitfaden
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenenergie mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenenergiemessung: Der ultimative Leitfaden
Der Gleitwinkel misst den Winkel, in dem ein flüssiger Film über eine feste Oberfläche gleitet. Es wird häufig verwendet, um die Rutschhemmung einer Oberfläche zu beurteilen.
Erfahren Sie, wie die Gleitwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Gleitwinkelmessung lesen Sie unsere Gleitwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Within the Utilities industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Offshore equipment faces a harsh reality: constant exposure to saltwater leads to corrosion and decreased lifespan. The Company’s maintenance team combats this challenge by applying hydrophobic coatings with high contact angles directly onto equipment surfaces like pipelines, valves, and metal structures. These coatings actively repel water, preventing the formation of corrosive layers. This proactive approach extends the critical infrastructure’s lifespan, ultimately reducing maintenance costs and boosting the overall efficiency of offshore operations.
Natural gas processing facilities face the challenge of preventing fire-related accidents through stringent safety measures. The solution lies in recognizing the crucial role surface properties of coated equipment play in fire prevention and damage minimization. Plants can introduce flame-retardant coatings with low surface energy on various structural components and equipment surfaces. These coatings effectively reduce surface tension, making it difficult for flammable materials to adhere to surfaces.
Oil leakage from transformers can severely degrade the performance of room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber coatings. To investigate this, we can utilize contact angle measurements to assess the impact of transformer oil on RTV silicone rubber performance. Previous studies indicate that contact angle initially increases with short immersion times but then fluctuates as immersion duration lengthens. Despite these fluctuations, all samples maintain good hydrophobicity. In this study, we immersed RTV silicone rubber in transformer oil for varying periods. This demonstrates the potential of contact angle measurements to effectively investigate the degradation of RTV silicone rubber caused by transformer oil.
Alternde Transformatoren stehen vor der Herausforderung eines Isolationsversagens, das schwerwiegende Folgen sowohl für die Sicherheit als auch für die wirtschaftlichen Auswirkungen haben kann, wenn es nicht schnell erkannt und behoben wird. Bei planmäßigen Wartungspraktiken werden verschiedene Labortechniken als Lösungen zur Alterungserkennung eingesetzt. Zu diesen Methoden gehören die Durchbruchspannung (BDV), die Spektroskopie, die Analyse gelöster Gase, die Gesamtsäurezahl und die Grenzflächenspannung. Eine frühere Studie deutet darauf hin, dass die Grenzflächenspannung (IFT) und die Gesamtsäurezahl (TAN) im Vergleich zu anderen Techniken, die durch nicht verwandte Parameter beeinflusst werden können, genauere Reflexionen der Alterung von Transformatorölen sind. Da die Bewertung der Grenzflächenspannung die Bewertung der Oberflächenspannung des Öls erfordert, ist die Bewertung der Oberflächeneigenschaften bei der Untersuchung alterungsbedingter Isolationsfehler in Transformatoren von entscheidender Bedeutung.
Herausforderung: Oil production faces a significant hurdle in managing corrosion during multiphase flow.
Lösung: This multiphase flow refers specifically to oil-water-gas mixtures flowing through steel pipes. Previous research suggests that pre-adsorption of inhibitor molecules onto the steel surface can potentially alter its wettability, shifting it from water-loving (hydrophilic) to oil-loving (hydrophobic). This change in surface behavior could ultimately lead to reduced corrosion by promoting oil wetting. Measuring contact angle and surface tension plays a crucial role in understanding and quantifying this conversion from hydrophilic to hydrophobic states.
Wenn Sie an der Implementierung dieser oder anderer Anwendungen interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.
In an industry where precision reigns supreme, where do Utilities 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.
This standard encompasses fresh mineral insulating oil derived from petroleum, designed to serve as an insulating and cooling agent in both new and already deployed power and distribution electrical equipment. This equipment includes transformers, regulators, reactors, circuit breakers, switchgear, and associated devices.
This standard defines a test method for determining the surface free energy of a solid surface by measuring the contact angle. The method is applicable to characterize both substrates and coatings.
This standard outlines a testing procedure for quantifying the surface tension of liquids through an optical method involving the pendant drop. This method is suitable for evaluating liquid coating materials. However, its applicability may be limited to liquids exhibiting non-Newtonian rheology.
This standard outlines a test method for optical determination of the polar and dispersive fractions of liquid surface tension. It is suitable for characterizing liquid coating materials, but its applicability may be limited to liquids exhibiting non-Newtonian rheology.
Wir hoffen, dass dieser Leitfaden Ihnen gezeigt hat, wie Sie die Oberflächenwissenschaft in der Kosmetikindustrie anwenden können.
Nun möchten wir das Wort an Sie übergeben:
Droplet Lab wurde 2016 von Dr. Alidad Amirfazli, Fakultätsmitglied an der York University, und zwei seiner Forscher, Dr. Huanchen Chen und Dr. Jesus L. Muros-Cobos, gegründet.
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