계면과학 실험 - 기판의 roughness와 표면처리에 따라서 접촉각이 어떻게 변하는지 관찰하고 이를 바탕으로 부착일과 Critical Surface Tension을 구하기

Contact Angle
Ⅰ. 실험 결과 및 분석

① Roughness 에 따른 접촉각 측정 (Water 사용)

기본(Si-wafer)
800
400
80

※ 숫자가 작을수록 Roughness가 커짐

구 분
Roughness
contact angle
Average
contact angle
COS (평균값)
11
기본
37.3
37.86
0.7894
2
38.0
3
38.0
4
38.0
5
38.0
21
800
35.3
35.34
0.8156
2
35.4
3
35.4
4
35.3
5
35.3
31
400
31.2
31.1
0.8560
2
31.2
3
31.0
4
31.1
5
31.0
41
80
21.5
21.68
0.9294
2
21.9
3
21.7
4
22.1
5
21.2

※ 전체적으로 Roughness가 증가함에 따라 접촉각이 점점 감소하는 경향을 보인다.

a) Surface Roughness
Wenzel 식에 의해 접촉각과 조도 사이의 관계를 알 수 있다.

( : 측정된 접촉각, : 사용한 고체평면과 액체 사이 Young의 식에서 얻을 수 있는 접촉각, r :조도비)
‘기본’에서의 접촉각을 이상적인 평면 표면 위에서의 접촉각()이라고 가정하면,

Roughness
조도비 (r)
기본
1
800
1.033
400
1.084
80
1.177

※ Roughness가 증가할수록 조도비(r)가 커진다.

b) 부착일의 값
부착일 계산방법은 Young-Dupre Equation을 이용하면 쉽게 구할 수 있다. Young-Dupre 식은 으로 LV 는 메뉴얼의 표를 이용하여 실험실의 온도를 25℃로 가정하고 계산하였다. 필요한 변수들을 설정하고 식에 대입하였을 때 얻게 게 된 부착일과 과정은 다음과 같다.

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