Rauigkeit

Die Rauigkeit ist der Grad der Unebenheit einer Festkörperoberfläche. Der Grad der Rauigkeit hat Einfluss auf die Benetzbarkeit eines Festkörpers.

Hintergrund

Als Maß für die Rauigkeit eines Festkörpers dienen u.a.:

  • Der Rauigkeitskoeffizient r’, der das Verhältnis der wirklichen Oberfläche zur geometrisch projizierten Oberfläche angibt.
  • die mittlere Rauheit, die den mittleren Abstand der tatsächlichen Oberflächenhöhe von einer virtuellen mittleren Höhenlinie angibt.

Rauigkeit und Benetzbarkeit

Da eine größere Rauigkeit mit einer größeren Oberfläche einhergeht, hat die Rauigkeit Auswirkungen auf die Benetzbarkeit eines Festkörpers und auf den Kontaktwinkel einer Flüssigkeit. Dabei gilt:

Bildet eine Flüssigkeit auf einem glatten Festkörper Kontaktwinkel unter 90° aus, ist der Festkörper benetzbar. Auf einer rauen Oberfläche desselben Materials wird der Kontaktwinkel kleiner. Dieser Effekt wird zum Beispiel bei der Wilhelmy-Plattenmethode ausgenutzt, bei der die Platin-Platte aufgeraut wird, um die Benetzung zu verbessern. Für den Bereich unter 90° gilt laut Wenzel folgende Beziehung zwischen Rauigkeit und Kontaktwinkel:

cosθ*=r'cosθ

θ* = gemessener Kontaktwinkel; θ = Young-Kontaktwinkel; r’ = Rauigkeitskoeffizient;

  • Bildet eine Flüssigkeit auf einem glatten Festkörper Kontaktwinkel über 90° aus, ist der Festkörper nicht benetzbar. Auf einer rauen Oberfläche desselben Materials wird der Kontaktwinkel größer. Selbstreinigende, ultrahydrophobe Oberflächen (Lotuseffekt) werden in der Regel erzeugt, indem die schlechte Benetzbarkeit eines Materials mit niedriger freier Oberflächenenergie durch eine raue Oberflächentextur verstärkt wird.