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.

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 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 тощиномеры 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, σ ₁₃ — поверхностная энергия на границе твёрдая поверхность-газ (ТГ), σ ₁₂ — поверхностная энергия на границе жидкость-газ (ЖГ), σ ₂₃ — 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 σ ₁₂ — 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

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. — ISBN 978-5-396-00641-6 .
• Тризно М. С., Москалев Е. В. Клеи и склеивание. — Л.: Химия, 1980.
• 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

• Адгезия — статья из Большой советской энциклопедии .