Innerhalb einer festen Masse sind Moleküle von identischen Molekülen mit ähnlichen Energiemessungen umgeben. An der Oberfläche des Festkörpers sind Moleküle jedoch wahrscheinlich in Kontakt mit Luft und manchmal Flüssigkeiten oder anderen Massen mit unterschiedlichen Energiemessungen. Infolgedessen unterscheiden sich die Messungen der Oberflächenenergie immer von denen, die innerhalb der Masse eines Festkörpers gefunden werden.
Alle drei Phasen – fest, flüssig und Luft – haben messbare Oberflächenenergien und Oberflächenspannungen. Moleküle haben sowohl sogenannte „adhäsive Antriebe“ als auch „kohäsive Antriebe“, die die Art und Weise steuern, wie sie mit den sie umgebenden Molekülen interagieren. Adhäsive Antriebe versuchen, sich an andere Arten von Molekülen zu binden, während kohäsive Antriebe versuchen, sich an ähnliche Moleküle zu binden. Wenn der kohäsive Antrieb stärker ausgeprägt ist, perlen flüssige Moleküle nur an einer Oberfläche ab, wenn sie anderen Molekülen widerstehen; das Gegenteil ist der Fall, wenn adhäsive Laufwerke stärker im Vordergrund stehen.
Oberflächenenergie-, Oberflächenspannungs- und Oberflächendichtespannungsmessungen analysieren das Benetzungsverhalten zwischen Flüssigkeiten und Festkörpern, wenn Wissenschaftler die thermodynamischen Eigenschaften von Festkörpern testen. Wenn flüssige Moleküle auf einer festen Oberfläche in Kohäsion perlen, können Wissenschaftler den Kontaktwinkel dieser Moleküle auf der festen Oberfläche messen. Diese Kontaktwinkelmessung wird mit einem Instrument namens Goniometer durchgeführt, das bestimmt, inwieweit Kohäsion oder Adhäsion im Vordergrund stehen. Zwei weitere Kräfte können in diesem Fall die Oberflächenenergie beeinflussen. Wenn die Oberfläche zerklüftet oder als hydrophob bekannt ist, führt dies dazu, dass Flüssigkeiten in größeren Winkeln abperlen; Umgekehrt kann sich, wenn eine Oberfläche hydrophil ist, ein Flüssigkeitstropfen ausbreiten, um so viel Oberfläche zu bedecken, wie die Flüssigkeitsmoleküle erreichen können.
Oberflächenenergiemessungen werden normalerweise bei extrem hohen Temperaturen durchgeführt, wenn Feststoffe durch leichte Bewegungen unter Hitzebelastung reagieren, das Volumen jedoch nahezu konstant ist. Die Messungen der Flüssigkeitsoberflächenenergie werden unter Verwendung einer sogenannten „flüssigen Membrandehnung“ des Oberflächenbereichs durchgeführt. Eine Methode, die als dynamische Wilhelmy-Methode bezeichnet wird, beinhaltet das Eintauchen eines Feststoffs in eine Flüssigkeit, deren Oberflächenspannung zuvor gemessen wurde, und dann das Messen der Benetzungskräfte, wenn der Feststoff aus der Flüssigkeit gelöst wird. Eine andere Methode, die als Pulverkontaktwinkelmethode bezeichnet wird, wird verwendet, wenn Wissenschaftler die Absorptionsgrade und Oberflächenenergien von porösen Materialien und Pulvern kennen müssen.
Praktische Anwendungen dieser Oberflächenenergiemessungen und Testverfahren kommen der Entwicklung von Industrie- und Konsumgütern zugute. Mit Polymeren beschichtete Metalle verlassen sich für ihre Festigkeit und Haltbarkeit auf das Wissen der Wissenschaftler über Adhäsion und Kohäsion. Messungen der Oberflächenenergie von Materialien werden für Oxidations- und chemische Bindungsanwendungen durchgeführt. In der Lithographie müssen Tinten so aufgetragen werden, dass Bildbereiche Tinten absorbieren und Nicht-Bildbereiche tintenfrei bleiben; Die Oberflächenenergieforschung hat diese Prozesse verfeinert.