Die meisten Theorien zur freien Oberflächenenergie basieren auf dem Verständnis der molekularen Wechselwirkungen an der Flüssig-Fest-Grenzfläche.
Youngs Gleichungszustände
, wobei ysv die freie Oberflächenenergie ist, ysl die Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und dem Feststoff ist, ylv die Oberflächenspannung der Flüssigkeit ist und θY der Kontaktwinkel auf einer Oberfläche ist. Aus diesen können die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und der Kontaktwinkel leicht gemessen werden. Die Grenzflächenspannung zwischen Feststoff und Flüssigkeit ist die Eigenschaft, die in den letzten zwei Jahrhunderten viele Debatten ausgelöst hat.
Derzeit basiert die am häufigsten verwendete Grenzflächenspannungsbeziehung auf der von Girifalco und Good vorgestellten.
, wobei φ = 1 angenommen wird. Dies ist die Grundlage der bis heute am häufigsten verwendeten SFE-Theorien.
Owen, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK) Methode
OWRK ist die am häufigsten verwendete Methode der freien Oberflächenenergie. Es trennt die Wechselwirkungen an der Flüssig-Fest-Grenzfläche in dispersive und polare. Die Idee, dass die Größe der Grenzflächenspannung durch verschiedene Grenzflächenwechselwirkungen bestimmt wird, die von den Eigenschaften sowohl der Messflüssigkeit als auch der festen Oberfläche abhängen, wurde von Fowkes vorgestellt. Er nahm an, dass die freie Oberflächenenergie eines Festkörpers und die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit eine Summe unabhängiger Wechselwirkungen wie Dispersion, Polar, Wasserstoff (bezogen auf Wasserstoffbrückenbindungen), Induktion und Säure-Base-Komponenten ist. Bei der OWRK-Methode wird der Mehrkomponentenansatz akzeptiert, aber die Wechselwirkungen werden nur in dispersive und polare unterteilt. Die polaren Wechselwirkungen enthalten dann alle anderen oben genannten Wechselwirkungen (außer den dispersiven).
Wu-Methode
Wu stimmte mit Owen et al. und teilte die freie Oberflächenenergie in dispersive und polare Komponenten auf. Er verwendete jedoch ein harmonisches Mittel der Grenzflächeninteraktionen anstelle eines geometrischen. Die Grenzflächenspannung könnte dann geschrieben werden als
Van Oss – Chaudhury – Good (vOCG) -Theorie
Die neueste Theorie wurde von Van Oss, Chaudhury und Good entwickelt. Sie teilten die Interaktionen in die weitreichenden Interaktionen ein, zu denen London gehört, Keesom, und Debye Interaktionen. Diese Komponente wird Lifshitz-van der Waals-Komponente (yLW) genannt und entspricht dem dispersiven Teil der OWRK-Theorie. Der andere Teil enthält kurzreichweitige Wechselwirkungen, die als Säure-Base-Komponente (yAB) bezeichnet werden und in saure (γ +) und basische (γ-) Komponenten unterteilt sind.
Diese Theorie, manchmal auch Säure-Base-Theorie genannt, ist die am zweithäufigsten verwendete Theorie der freien Oberflächenenergie. Es wurde insbesondere verwendet, um Wechselwirkungen von Proteinen (und anderen Biopolymeren) mit hydrophoben Feststoffen zu untersuchen.
