Адгезия

Адге́зия (от лат. adhaesio — «прилипание») в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярными взаимодействиями (Ван-дер-Ваальсовыми, полярными, иногда — взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем (когезия), то есть сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, то есть разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

(Когезия) вынуждает воду формировать капли, поверхностное натяжение делает их почти сферическими, а адгезия держит их на поверхности другого вещества

Капли (росы) на лепестках розы как пример адгезии

Определение с меньшей достоверностью и с большей : Адге́зия - это способность „прилипать и удерживаться.“

Частным случаем адгезии является аутогезия — связь между однородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. При аутогезии сохраняется (граница раздела) между телами; этим аутогезия отличается от когезии, относящейся к связи между частицами внутри тела в пределах одной фазы и характеризующей прочность конденсированных тел, то есть их способность противодействовать внешнему усилию.

Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при взаимодействии поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен ((тефлон)), который в силу низкой адгезии с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит, (дисульфид молибдена), гексагональный (Нитрид бора)), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и (когезии), применяются в качестве твёрдых (смазок).

Наиболее известные адгезионные эффекты — капиллярность, смачиваемость/несмачиваемость, поверхностное натяжение, (мениск) жидкости в узком капилляре, (трение покоя) двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в (ламинарном) потоке жидкости.

Адгезия имеет место в процессах (склеивания), пайки, сварки, (нанесения покрытий). Адгезия матрицы и наполнителя (композитов) (композиционных материалов) является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность.

В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток (белков клеточной адгезии) — интегринов, (кадгеринов) и др. Например, адгезия (тромбоцитов) на базальной мембране и на коллагеновых волокнах повреждённой сосудистой стенки.

В (антикоррозионной защите) адгезия лакокрасочного материала к поверхности — наиболее важный параметр, влияющий на (долговечность) покрытия. Адгезия — прилипание лакокрасочного материала (ЛКМ) к окрашиваемой поверхности, одна из основных характеристик промышленных ЛКМ. Адгезия лакокрасочных материалов может иметь механическую, химическую или электромагнитную природу и измеряется силой отрыва лакокрасочного покрытия на единицу площади подложки. Хорошая адгезия лакокрасочного материала к окрашиваемой поверхности может быть обеспечена лишь при тщательной очистке поверхности от грязи, жира, (ржавчины) и прочих загрязнений. Прочность адгезионного/когезионного отрыва лакокрасочного покрытия от защищаемой поверхности зависит от его толщины, для измерения которой используются толщиномеры (мокрого) и (сухого) слоя . Для оценки адгезии/когезии ЛКМ приняты и утверждены критерии.

Теории адгезии

Адгезия представляет собой крайне сложное явление, с чем связано существование множества теорий, трактующих это явление с различных позиций. В настоящее время известны следующие теории адгезии:

• Адсорбционная теория, согласно которой явление осуществляется в результате адсорбции адгезива на порах и трещинах поверхности субстрата.
• Механическая теория рассматривает адгезию как результат проявления сил межмолекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами адгезива и субстрата.
• Электрическая теория отождествляет систему «адгезив — субстрат» с конденсатором, а (двойной электрический слой), возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, — с обкладкой конденсатора.
• Электронная теория рассматривает адгезию как результат молекулярного взаимодействия поверхностей, различных по своей природе.
• Диффузионная теория сводит явление к взаимной или односторонней диффузии молекул адгезива и субстрата.
• Химическая теория объясняет адгезию не физическим, а химическим взаимодействием.

Физическое описание

Адгезия представляет собой обратимую термодинамическую работу сил, направленных на разделение приведённых в контакт двух разнородных (гетерогенных) фаз. Описывается (уравнением Дюпре):

${\displaystyle {Wa=\sigma _{13}+\sigma _{12}-\sigma _{23}}}$

Где W_a — обратимая работа адгезии на границе раздела фаз, σ₁₃ — поверхностная энергия на границе твёрдая поверхность-газ (ТГ), σ₁₂ — поверхностная энергия на границе жидкость-газ (ЖГ), σ₂₃ — поверхностная энергия на границе твёрдая поверхность-жидкость (ТЖ).

Работа адгезии связана с (энергией Гиббса):

${\displaystyle {Wa=-\Delta G^{o}}}$

Отрицательное значение ΔG° указывает на снижение работы адгезии в результате образования межфазного натяжения.

Изменения энергии Гиббса системы в процессе адгезии:

${\displaystyle {\Delta G_{1}^{o}=\sigma _{13}+\sigma _{12}}}$

${\displaystyle {\Delta G_{2}^{o}=\sigma _{23}}}$

${\displaystyle {\Delta G^{o}=\Delta G_{2}^{o}-\Delta G_{1}^{o}}}$

${\displaystyle {\sigma _{23}-\sigma _{13}-\sigma _{12}=\Delta G^{o}}}$.

Адгезия неразрывно связана со многими поверхностными явлениями, такими как смачивание. Если адгезия обуславливает связь между твёрдым телом и контактирующей с ним жидкостью, то смачивание является результатом подобной связи. (Уравнение Дюпре—Юнга) показывает отношение между адгезией и смачиванием:

${\displaystyle {Wa=\sigma _{12}(1+\cos \theta )}}$

где σ₁₂ — поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз (жидкость-газ), cosθ — (краевой угол смачивания), W_a — обратимая работа адгезии.

Прочность адгезионных контактов зависит не только от слабых взаимодействий на границе поверхностей, но и от формы контакта. Контакты сложной формы начинают отрываться с краёв, фронт отрыва затем распространяется к центру контакта вплоть до достижения некоторой критической конфигурации, при которой происходит мгновенная потеря контакта.

См. также

• Клей
• Адсорбция
• Трение
• (Трение на наномасштабном уровне)

Примечания

1. Гиляров, 1986, с. 11.
2. Зимон А. Д., Коллоидная химия, 2015, с. 47.
3. ISO 16276. Антикоррозионная защита стальных конструкций защитными лакокрасочными системами. Оценка и принятые критерии адгезии/когезии (сила отрыва) покрытия // ISO.org = Corrosion protection of steel structures by protective paint systems — Assessment of, and acceptance criteria for, the adhesion/cohesion (fracture strength) of a coating. — 2007.
4. Valentin L. Popov, Roman Pohrt, Qiang Li. Strength of adhesive contacts: Influence of contact geometry and material gradients (англ.) // Friction. — 2017-09-01. — Vol. 5, iss. 3. — P. 308–325. — ISSN 2223-7704 2223-7690, 2223-7704. — doi:10.1007/s40544-017-0177-3. 14 октября 2020 года.
5. Friction Physics. Science friction: Adhesion of complex shapes  (неопр.) (6 декабря 2017). Дата обращения: 30 декабря 2017. 7 мая 2021 года.

Литература

• (Дерягин Б. В.), Кротова Н. А., (Смилга В. П.) Адгезия твердых тел. — М.: Наука, 1973.
• Фрейдин А. С., Турусов Р. А. Свойства и расчет адгезионных соединений. — М.: Химия, 1990.
• Берлин А. А., Басин В. Е. Основы адгезии полимеров. — М.: Химия, 1974.
• Зимон А. Д. Коллоидная химия: Общий курс. — 6-е изд. — М.: Красанд, 2015. — 342 с. — .
• Тризно М. С., Москалев Е. В. Клеи и склеивание. — Л.: Химия, 1980.
• Белов П. А., Лурье С. А. Теория идеальных адгезионных взаимодействий. Механика композиционных материалов и конструкций, 2007 г., том 13, № 4, стр. 519
• (Биологический энциклопедический словарь) / Гл. ред. (М. С. Гиляров); Редкол.: А. А. Баев, (Г. Г. Винберг), (Г. А. Заварзин) и др. — М. : Сов. энциклопедия, 1986. — 831 с. — 100 000 экз.

Ссылки

• Информация с сайта NEWCHEMISTRY.RU
• Адгезия — статья из Большой советской энциклопедии.