作者：Susanna Laurén，Biolin Scientific
表面自由能可以被认为是固体的表面张力。表面自由能的单位是mN/m，相当于dynes/cm。表面自由能简称SFE，来自空气-固体界面处的分子相互作用。
表面自由能在许多应用领域都十分重要。它决定了固体在与液体接触时的行为。固体的表面自由能预测材料在放置人体中时的行为或涂层配方如何在其上扩散。
固体和液体之间的相互作用在许多过程中都很重要，因为它们决定了两相之间的附着力。固液相互作用由固体的表面自由能和所施加液体的表面张力决定。当固体的表面自由能很高的时候，通常很容易被任何液体润湿，例如油漆。
表面自由能不能直接测量。仅水接触角测量就表明了固体的润湿，但表面自由能是表面分子间力的定量测量，这与所使用的液体无关。通过了解固体的表面自由能，可以预测表面上任何液体的行为。
• 表面自由能的产生由于分子相互作用
“表面自由能”描述了与主体相比，表面具有的多余能量。在体积上，分子的侧面有相似的分子，并且被均匀地拉向各个方向。
这导致分子上的零净力。然而，在空气-固体界面处，分子仅在其侧面和下方具有相似的相邻分子。与空气中的分子几乎没有相互作用，这会导致固体界面处的多余能量。表面自由能的大小取决于分子之间的相互作用。在金属的情况下，由于金属原子之间的强金属键，表面自由能很高。在聚合物中，分子力通常要弱得多，因此聚合物的表面自由能很低。
最常用的表面自由能理论OWRK将表面分为两个部分：极性部分和色散部分。色散相互作用包括范德华力，如伦敦色散力，德拜感应力和基索姆定向力。极性相互作用是氢键和偶极子-偶极子相互作用。极性相互作用可进一步分为酸和碱组分。
• 水接触角给出了估计值，但需要建模才能获得定量的表面自由能
固体的表面自由能可以通过水接触角测量来预测。如果水扩散在固体表面上，则表面自由能很高，而如果它向上流动，则SFE较低。在干净的玻璃表面上，水接触角通常很低，而在聚合物表面上，水接触角很高。
水接触角测量无法给出表面自由能的数值。要计算表面自由能，至少需要使用两种探针液体进行测量。表面自由能计算基于液体和固体之间界面张力建模。有几种理论基于这些理论对界面张力进行建模。现代接触角测量软件通常可以根据不同的理论模型给出SFE值。
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