Mid Sweden University

Contact angle measurement with a goniometer is a common method for characterizing wetting properties. The method might seem simple, but there are many factors that affect how a drop behaves on a surface and the analysis is not straightforward. Surface roughness and chemical heterogeneity are two reasons why contact angle hysteresis occurs. In this project, titanium electrode substrates have been investigated to gain knowledge about how contact angles and wetting of titanium surfaces are affected by being exposed to air for varying length of time. When titanium is exposed to air, a thin surface oxide layer will form, which makes the surface resistant to harsh environments and has a protective effect. The pre-treatment methods used in this study aimed to remove this protective layer and to increase roughness and purity. The project also included a short study on whether contact angle measurement could be used as a method for evaluating how worn electrodes have degraded over time in operation. The results from the studies showed that the contact angles increase drastically for both blasted and etched samples and that this probably was due to the oxide layer being formed immediately when the samples came into contact with air. Blasting and etching in combination gave high surface roughness and in combination with the surface oxide layer, also gave high contact angles (120–140˚) after air exposure. The etched only sample showed slightly lower contact angles (110–115˚). The result from the study on the worn electrode samples showed that there was no observable correlation between electrochemical performance and contact angle and the conclusion was that contact angle measurement is not a viable method to determine the degree of degradation of used electrodes.

Kontaktvinkelmätning med goniometer är en vanlig metod för att kunna karakterisera vätningen på en yta. Metoden är till synes enkel men det finns många faktorer som påverkar hur en droppe beter sig på en yta och analysen är därför inte lika enkel att utföra i praktiken. Ytråhet och kemisk heterogenitet är två exempel på orsaker till att kontaktvinkelhysteres kan uppstå. I detta projekt har elektrodsubstrat av titan undersökts i syfte att fördjupa kunskapen kring hur kontaktvinkel och vätning av titanytor påverkas av att utsättas för luft under varierande tid. När titan kommer i kontakt med luft så kommer det snabbt att bildas ett tunt oxidskikt på ytan som gör ytan motståndskraftig mot krävande kemiska miljöer. Förbehandlingsmetoderna som användes i denna studie hade till syfte att avlägsna detta skyddande lager samt att öka ytans råhet och renhet. Projektet innefattade också en kort studie där kontaktvinkelmätning med goniometer utvärderades som potentiell metod för att utvärdera degradering hos använda elektroder som varit i industriell drift. Resultaten från studierna gav att kontaktvinklarna drastiskt ökade för både blästrade och betade prover och att detta sannolikt berodde på att oxidlagret bildades omedelbart när proverna kom i kontakt med luft. Blästring och betning i kombination gav hög ytråhet och i kombination med oxidlagret så utvecklades höga kontaktvinklar (120–140˚) vid lång exponeringstid i luft. De prover som endast betats uppvisade något lägre kontaktvinklar (110–115˚).  Resultatet från studien på elektrodproverna som varit i drift visad att det inte fanns någon synlig korrelation mellan elektrokemisk prestanda och kontaktvinkel och slutsatsen var att kontaktvinkelmätning inte är en lämplig metod för att avgöra grad av degradering hos använda elektroder.