Statischer Kontaktwinkel

Der statische Kontaktwinkel ist der Kontaktwinkel, bei dem die Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit und Festkörper während der Messung nicht von außen verändert wird, im Gegensatz zum dynamischen Kontaktwinkel, der sich im Zuge des Vorgangs der Benetzung (Fortschreitwinkel) oder Entnetzung (Rückzugswinkel) einstellt.

Hintergrund

Eine reine Flüssigkeit in gesättigter Dampfphase bildet auf einem idealen, chemisch und topologisch homogenen Festkörper den Young-Kontaktwinkel, wie er durch die Young’sche Gleichung beschrieben wird. Statischer und dynamischer Kontaktwinkel wären in diesem Fall gleich.

Bei realen Festkörpern, Flüssigkeiten und Umgebungsbedingungen kann sich der Kontaktwinkel zeit- oder ortsabhängig verändern. Daher können mit dem statischen Kontaktwinkel Inhomogenitäten und Änderungen der Benetzung über die Zeit erfasst werden.

Soll der örtliche und zeitliche Einfluss hingegen minimiert werden, dann wird in der Regel der Fortschreitwinkel gemessen.

Ein weiteres Kriterium für die Entscheidung zwischen statischem und dynamischem Kontaktwinkel ist der betrachtete technische Benetzungsvorgang. Dynamische Vorgänge wie Beschichten werden durch dynamische Messungen besser modelliert. Für die Beurteilung von quasi-statischen Prozessen, z.B. Bonden in der Halbleitertechnologie, sind statische Kontaktwinkel häufig aussagekräftiger.

Messmethoden

• Tropfenkonturanalyse am liegenden Tropfen: Analyse des Bildes eines auf einen Festkörper dosierten, liegenden Tropfens. 

• Captive-Bubble-Methode: Analyse des Bildes einer in einer Flüssigkeit unterhalb eines Festkörpers befindlichen Luftblase. 

• Aufsichtdistanzmethode: Die mit dem Kontaktwinkel verbundene Krümmung der Tropfenoberfläche wird anhand des Abstandes von Lichtpunkten gemessen, die an der Oberseite einer Tropfenoberfläche reflektiert werden.