表面自由エネルギー計算ソフトウェア

表面自由エネルギー解析ソフトウェアi2win.n

●i2win.n 表面自由エネルギー解析●
表面自由エネルギー計算は、ソフトウェアだけで動作します。
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主な機能

表面自由
エネルギー計算

接触角の測定値を利用して、固体の表面自由エネルギーを求めます。
表面自由エネルギー成分が既知の複数の液体を用いて、表面自由エネルギーが未知の固体との接触角を測定します。
この接触角値と任意の理論式によって、固体の表面自由エネルギーを計算によって求めます。

対応理論

Owens-Wendt法

\[ \gamma_S = \gamma_S^d + \gamma_S^p \]
\[ W_{SL} = 2\sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + 2\sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} \]
\[ \gamma_L \left( 1+\cos\theta \right) = 2\sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + 2\sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} \]

Young-Dupré式と組み合わせると、下記のようになります。

ここで、添字 \( d \)、\( p \) は、それぞれ分散成分、極性成分を表します。Owens-Wendt法では、固体と液体の同じ種類の成分同士の相互作用を幾何平均で表します。

Kaelble-Uy法

\[ \gamma_S = \gamma_S^d + \gamma_S^p \]
\[ W_{SL} = 2\sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + 2\sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} \]

Young–Dupré式と組み合わせると、下記のようになります。

\[ \gamma_L \left( 1+\cos\theta \right) = 2\sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + 2\sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} \]

Owens-Wendt法とKaelble-Uy法では、Young-Dupré式と組み合わせた数式の形式は同一です。両者の違いは式そのものではなく、表面自由エネルギー成分の捉え方や、Kaelble-Uyにおける行列式 \(|D|\) を用いた試液選択の考え方にあります。

\[ |D| = \left| \begin{array}{cc} \sqrt{\gamma_{L1}^d} & \sqrt{\gamma_{L1}^p} \\ \sqrt{\gamma_{L2}^d} & \sqrt{\gamma_{L2}^p} \end{array} \right| \]

Wu

\[ \gamma_L \left( 1+\cos\theta \right) = 4 \left( \frac{\gamma_S^d \gamma_L^d} {\gamma_S^d+\gamma_L^d} + \frac{\gamma_S^p \gamma_L^p} {\gamma_S^p+\gamma_L^p} \right) \]

ここで、\( \gamma_S^d \) と \( \gamma_L^d \) はそれぞれ固体と液体の分散成分、\( \gamma_S^p \) と \( \gamma_L^p \) は極性成分を表します。

kitazaki and hata
(北崎・畑)

\[ \gamma_S = \gamma_S^d + \gamma_S^p + \gamma_S^h \]
\[ W_{SL} = 2\sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + 2\sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} + 2\sqrt{\gamma_S^h\gamma_L^h} \]

Young–Dupré式と組み合わせると、下記のようになります。

\[ \sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + \sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} + \sqrt{\gamma_S^h\gamma_L^h} = \frac{ \gamma_L \left( 1+\cos\theta \right) }{2} \]

ここで、添字 \( d \)、\( p \)、\( h \) は、それぞれ分散成分、極性成分、水素結合成分を表します。Kitazaki–Hata法では固体側に三つの未知成分があるため、各成分が既知の少なくとも3種類の試液による接触角測定が必要になります。

Acid-Base
(酸・塩基)

\[ \gamma_S = \gamma_S^{LW} + \gamma_S^{AB} \]
\[ \gamma_S^{AB} = 2\sqrt{\gamma_S^+\gamma_S^-} \]
\[ \gamma_S = \gamma_S^{LW} + 2\sqrt{\gamma_S^+\gamma_S^-} \]
\[ W_{SL} = 2\sqrt{\gamma_S^{LW}\gamma_L^{LW}} + 2\sqrt{\gamma_S^+\gamma_L^-} + 2\sqrt{\gamma_S^-\gamma_L^+} \]

Young-Dupré式と組み合わせると、下記のようになります。

\[ \gamma_L \left( 1+\cos\theta \right) = 2 \left( \sqrt{\gamma_S^{LW}\gamma_L^{LW}} + \sqrt{\gamma_S^+\gamma_L^-} + \sqrt{\gamma_S^-\gamma_L^+} \right) \]

Acid-Base法では、表面自由エネルギーをLifshitz–van der Waals成分 \( \gamma^{LW} \) とLewis酸・塩基成分 \( \gamma^{AB} \) に分け、さらに酸・塩基成分をLewis酸成分 \( \gamma^+ \) とLewis塩基成分 \( \gamma^- \) に分けて扱います。

ここで、\( \gamma^+ \) は電子受容性、\( \gamma^- \) は電子供与性を表します。酸・塩基相互作用では、固体側の酸成分と液体側の塩基成分、固体側の塩基成分と液体側の酸成分をそれぞれ組み合わせて評価します。

固体側には \( \gamma_S^{LW} \)、\( \gamma_S^+ \)、\( \gamma_S^- \) の三つの未知量があるため、これらを接触角から求めるには、原理上、成分値が既知で独立性のある少なくとも3種類の試液が必要になります。

OWRK法*

\[ \gamma_S = \gamma_S^d + \gamma_S^p \]
\[ W_{SL} = 2\sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + 2\sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} \]

Young-Dupré式と組み合わせると、下記のようになります。

\[ \gamma_L \left( 1+\cos\theta \right) = 2\sqrt{\gamma_S^d\gamma_L^d} + 2\sqrt{\gamma_S^p\gamma_L^p} \]

この式を直線式へ変形し、複数の試液による接触角測定から固体側の2成分を求めます。

\[ \frac{ \gamma_L \left( 1+\cos\theta \right) }{ 2\sqrt{\gamma_L^d} } = \sqrt{\gamma_S^p} \sqrt{ \frac{\gamma_L^p}{\gamma_L^d} } + \sqrt{\gamma_S^d} \]

OWRK法(Owens–Wendt–Rabel–Kaelble法)は、Owens–Wendtの二成分・幾何平均の考え方を基礎とした解析法です。
Young-Dupré式と組み合わせた関係式を直線化し、複数の試液による接触角から、その傾きと切片を用いて固体表面の極性成分と分散成分を求めます。文献によってはOwens–Wendt法とOWRK法がほぼ同義に扱われることもあります。

*OWRK法は暫定対応。正式対応予定あり

動作環境(表面自由エネルギー計算単独)

OS
Windows 11(日本語版64bit*)
Windows 10/8.1/8/7(日本語版64bit*)
CPU
OSの要求に準じる
メモリ
OSの要求に準じる
ディスプレイ解像度
1024×768以上*1
内蔵ストレージ容量
20MB以上(保存データ除く)
インターフェース
USB2.0以上のポート×1
*:英語版Windowsでも動作はします。